Розробка конструкцій та технології виготовлення літнього взуття для військовослужбовців з використанням кріооброблення деталей верху

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

УДК 685.34.02

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розробка конструкцій та технології виготовлення літнього взуття для військовослужбовців з використанням кріооброблення деталей верху

Спеціальність 05.18.18 - технологія взуття, шкіряних виробів та хутра

Безсмертна Тетяна Вікторівна

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну (КНУТД) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Гаркавенко Світлана Степанівна, Київський національний університет технологій та дизайну, кафедра конструювання та технології виробів із шкіри, професор

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Нестеров Владислав Петрович, Українська технологічна академія, президент

кандидат технічних наук, Матієнко-Купріянова Наталія Михайлівна, Всеукраїнський державний науково-виробничий центр стандартизації, метрології, сертифікації та захисту споживачів „Укрметртестстандарт”, лабораторія аналітичних досліджень та випробувальної продукції науково-технічного центру підтвердження відповідності, стандартизації та випробувань продукції легкої промисловості, заступник начальника лабораторії

Захист відбудеться «_14_» травня 2009 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ -11, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці КНУТД за адресою:

01011, м. Київ -11, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий «10»_квітня__ 2009р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к. т. н., доцент Т.О. Полька

спеціальний взуття гігієнічність текстильний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах ринкової економіки одним із основних завдань світового виробництва взуття є розширення сегментів ринку та забезпечення випуску високоякісного, конкурентоспроможного взуття різних видів.

Аналіз сучасного асортименту спеціального взуття, що використовується в літній період носіння, визначив незадоволення споживачів щодо його рівня якості за показниками надійності та комфортності. При цьому, під час використання даного взуття спостерігається передчасне стомлення стопи через використання нераціональної конструкції верху та теплового навантаження; передчасне зношування, деформація деталей верху конструкції та порушення мікроклімату всередині взуття.

Одним із основних способів підвищення експлуатаційних властивостей спеціального взуття літнього асортименту є розробка конструкції з використанням текстильних матеріалів для деталей верху взуття. Виконання даного завдання можливе за умови комплексного вирішення задач проектування, технології виготовлення, враховуючи особливості умов експлуатації.

Проблемі підвищення експлуатаційних властивостей якості спеціального взуття присвячено роботи Любича М.Г., Коновала В.П., Олейнікової В.В., Екель В.Н., Шеремет О.А., Черепахіної Р.В., Балабанової О.І. та інших.

Проте наукових робіт щодо розробки спеціального взуття з використанням текстильних матеріалів для деталей верху взуття, які б забезпечували максимальний рівень захисту стопи при перепадах температур та динамічних навантажень, в Україні не проводилося.

У зв'язку з цим виникає необхідність детального дослідження проблеми удосконалення конструкцій та технологій виготовлення спеціального взуття, що використовується в літній період, завдяки впровадженню нових матеріалів та нових методів їх оброблення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з науковим напрямом „Нові наукомісткі технології виробництва товарів широкого вжитку та спеціального призначення”, (держбюджетна тематика № Н/н 1) відповідно до перспективних планів науково-дослідної роботи кафедри конструювання та технології виробів зі шкіри Київського національного університету технологій та дизайну (2005-2008 рр.); у рамках науково-дослідних робіт відповідно до плану НДР Міністерства освіти і науки України.

Мета і завдання дослідження. Основною метою даної роботи є розробка конструкції та технології виготовлення спеціального взуття літнього асортименту з використанням кріооброблення деталей верху з текстильних матеріалів.

Для досягнення даної мети в дисертації поставлено та вирішено наступні задачі:

– визначено основні вимоги до конструкції та матеріалів спеціального взуття літнього асортименту на основі вивчення техніки переміщення стопи в умовах високих динамічних та теплових навантажень;

– визначено основні чинники, що впливають на якість конструкції взуття та розроблено фізичну модель надійності заготовки в системі „навколишнє середовище-конструкція стопа ”;

– досліджено можливість використання текстильних матеріалів для деталей верху спеціального взуття за показниками надійності та гігієнічності;

– перевірено гіпотезу щодо впливу кріооброблення на міцність деталей верху взуття із текстильних матеріалів;

– спрогнозовано надійність різних конструкцій спеціального взуття в умовах невизначеності температури навколишнього середовища;

– розроблено конструкцію та технологію виготовлення спеціального взуття літнього асортименту із комбінованим верхом.

Об'єктом дослідження є процес підвищення споживчих властивостей спеціального взуття.

Предметом дослідження є розробка конструкції та технології виготовлення літнього асортименту спеціального взуття з використанням кріооброблення деталей верху із текстильних матеріалів на прикладі взуття для військовослужбовців.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети в даній роботі були використані теоретичні та експериментальні методи: метод кореляційного та регресійного аналізу, методи математичної статистики для обробки експериментальних даних, теоретичні методи тепломасообміну та теорії надійності об'єктів, теорія ігор.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що в результаті проведених аналітичних та експериментальних досліджень були отримані такі результати:

– розроблено фізичну модель впливу теплових навантажень на надійність конструкції спеціального взуття;

– науково обгрунтовано можливість використання змішаних текстильних матеріалів із волокон льону, бавовни та джуту для деталей верху спеціального взуття;

– підтверджено гіпотезу щодо підвищення експлуатаційних властивостей спеціального взуття в процесі попереднього кріооброблення деталей верху із текстильних матеріалів;

– встановлено залежність розривного зусилля деталей верху взуття із текстильних матеріалів від режимів кріооброблення;

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає в тому, що:

– розроблено технічний опис спеціального взуття літнього асортименту із використанням текстильних матеріалів для деталей верху;

– розроблено конструкцію спеціального взуття із комбінованим верхом (берці із джутового полотна);

– рекомендовано технологічні режими операції кріооброблення деталей верху спеціального взуття зі змішаних текстильних матеріалів з волокон джута.

Результати дослідження впроваджено в навчальний процес кафедри конструювання та технологій виготовлення виробів із шкіри Київського національного університету технологій та дизайну в дисципліни „Інноваційні технології у взуттєвому виробництві”, науководослідній роботі та дипломному проектуванні студентів за спеціальністю 7.091820 („Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби”).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійно виконаним науковим дослідженням здобувача. Наукові ідеї, теоретичні розробки та практичні рекомендації, що містяться в роботі та виносяться на захист, одержані автором особисто. Внесок автора в колективні наукові праці конкретизовано у списку публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались, обговорювались і здобули позитивну оцінку на наукових конференціях професорсько-викладацького складу; молодих вчених і студентів КНУТД, наукових семінарах кафедри конструювання та технологій виробів із шкіри (2005-2008 рр.), Всеукраїнських наукових та науково-практичних конференціях і семінарах.

Дисертації доповідалася повністю та одержала позитивну оцінку на міжкафедральному науковому семінарі КНУТД (м. Київ, 2008 рр.).

Публікації. Основний зміст результатів дисертації опубліковано у 19 наукових роботах, серед яких 6 статей у фахових наукових виданнях, 12 тез доповідей на наукових конференціях, патент України на корисну модель № 200706874.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел налічує 140 найменувань та додатків. Основний зміст дисертації подано на 147 сторінках друкованого тексту, містить 26 рисунків, 28 таблиць. Загальний обсяг дисертації становить 210 сторінок, включаючи 8 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі представлено загальну характеристику роботи, визначено та обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету та задачі дослідження, наведено наукову новизну, практичну цінність роботи.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан проблеми розробки спеціального взуття літнього асортименту із використанням текстильних матеріалів для деталей верху - берців.

Огляд наукових робіт та джерел інформації здійснено відповідно до мети дослідження в таких напрямках: аналіз основних чинників, що впливають на показники якості матеріалів та конструкцію взуття; аналіз умов експлуатації спеціального взуття в літній період на прикладі взуття для військовослужбовців; аналіз конструкторсько-технологічних особливостей та технологій виготовлення наявного асортименту спеціального взуття.

Встановлено, що основними чинниками, які негативно впливають на експлуатаційні властивості спеціального взуття в літній період носіння є несприятливі географічно-кліматичні умови навколишнього середовища, перепади температур та динамічні навантаження. Враховуючи суттєві зміни кліматичних умов за останні десятиріччя, що характеризуються високими перепадами температур в літній період, визначено невідповідність наявного асортименту спеціального взуття споживчим вимогам до експлуатаційних властивостей даного взуття.

В результаті аналізу патентних досліджень та асортименту вітчизняних і зарубіжних виробників визначено основні напрямки вдосконалення конструкції спеціального взуття, які представлено на рис. 1.

Проведений аналіз дозволив визначити завдання подальших досліджень щодо вдосконалення конструкції та технології виготовлення спеціального взуття літнього асортименту.

Другий розділ присвячено теоретичним аспектам підвищення експлуатаційних властивостей спеціального взуття.

Сформовано основні вимоги до експлуатаційних характеристик спеціального взуття, що використовується в літній період часу, а саме: забезпечення комфортних умов роботи людини в діапазоні температур від 5°С до 50°С за умов тривалого носіння (12 год); захист стопи від механічних пошкоджень, ударів та інтенсивних динамічних та статичних навантажень; захист гомілковостопного суглобу та забезпечення мінімальних енерговитрати за рахунок зниження маси конструкції; естетичний вигляд, який зберігається протягом всього терміну експлуатації.

З метою підвищення експлуатаційних характеристик, конструкцію спеціального взуття розглянуто як складний об'єкт, який складається із систем, що взаємодіють та взаємопов'язані функціонально. Кожна із систем складається із елементів - деталей, що характеризуються та визначаються конструктивно-технологічними параметрами, способом з'єднання та властивостями матеріалів.

Загальна залежність експлуатаційних властивостей конструкції взуття має вигляд: F={v_і; m_j; c_k}, де v_i - конструктивні особливості верху взуття; m_j - конструктивні особливості низу взуття; c_k - властивості, фізико-механічні показники матеріалів; і, j, k - елементи підсис-теми.

Загальний вплив зовнішніх факторів, що впливають на експлуа-таційні властивості конструкції взуття визначено як залежність швидкості процесу руйнування г елементів систем об'єкту від фізико-механічної дії вхідних параметрів Z_і.

Вхідні параметри характеризують-ся: навантаженням q, N, F_tr, R, температурою T, вологістю, швидкі-стю повітря тощо; фізико-меха-нічними характеристиками мате-ріалу (жорсткість, міцність, характер опорної поверхні навколишнього середовища) та інші чинники, які впливають на процес руйнування матеріалу.

г = ц (q;N;F_tr; R; Т) (1)

Фізичну модель взуття в системі „навколишнє середовище - конструкція - стопа” представлено на рис. 2.

Виходячи із визначених вимог до конструкції спеціального взуття, в роботі було висунуто гіпотезу щодо підвищення комфортності та експлуатаційних властивостей виробу за рахунок раціонального підбору матеріалів та використання методу кріооброблення, який дозволяє підвищити міцність деталей верху взуття зі текстильних матеріалів в результаті структурної модифікації тканин під впливом низьких температур.

Другим аспектом вдосконалення конструкції спеціального призначення є забезпечення комфортного мікроклімату всередині взуття протягом тривалого періоду часу.

В результаті системного аналізу встановлено, що вкрай несприятливим на працездатність людини та загальний рівень комфортності організму є вплив температури від 35-40°С та вище, за якої природна система терморегуляції не здатна стримати тепловий гомеостаз на заданому рівні.

До основних параметрів, що суттєво впливають на забезпечення комфортного мікроклімату всередині взуття в умовах жаркого мікроклімату є товщина деталей верху й низу та коефіцієнт теплопровідності матеріалів.

Розглядаючи вузол берців в умовах жаркого мікроклімату, як систему, що складається із двох шарів матеріалів - товщиною д₁, д₂ та коефіцієнтом теплопровідності л₁, л₂ встановлено, залежність теплового потоку від геометричних параметрів заготовки. При цьому тепловий потік буде меншим при більшій товщині пакету матеріалів верху.

В умовах зміни температурних режимів в літній період лінійна густина теплового потоку визначалась за формулою:

,

де t₁,_, t_n+1 - температури зовнішньої та внутрішньої поверхонь верху взуття відповідно, °С ; n- кількість шарів; d_i , d_i+1 - внутрішні та зовнішні діаметри шарів, м; л_і - коефіцієнти теплопровідності шарів Вт/(м К).

На основі аналізу фізичної моделі надійності заготовки верху взуття в системі „навколишнє середовище-конструкція-стопа” та термофлюктуаційної теорії надійності матеріалів підтверджено суттєвий вплив температури на експлуатаційні властивості взуття в цілому.

Проблему невідповідності спеціального взуття із текстильних матеріалів вимогам щодо надійності в умовах жаркого мікроклімату вирішено на основі феноменологічної теорії кріоструктурної модифікації текстильних матеріалів під впливом низьких температур.

Третій розділ присвячено експериментальному дослідженню можливості використання альтернативних текстильних матеріалів для деталей верху спеціального взуття та впливу кріооброблення на їх фізико-механічні властивості.

З метою розширення літнього асортименту спеціального взуття, проведено дослідження текстильних матеріалів з різною структурою та волокнистим складом із водовідштовхувальним та вогнезахисним покриттям за фізико-механічними та гігієнічними показниками якості: 1 - тканина бавовняна саржевого переплетення, з поверхневою щільністю 350 г/м²; 2 - тканина змішана бавовняна (бавовни -75, ВПЕ - 25) саржевого переплетення з поверхневою щільністю 380 г/м²; 3 - джутова тканина полотняного переплетення з поверхневою щільністю 480 г/м²; 4 - тканина напівлляна (льону - 51 та бавовни - 49) полотняного переплетення з поверхневою щільністю 630 г/м² для деталей верху.

Вибір текстильних матеріалів здійснювався відповідно до основних експлуатаційних вимог до конструкції спеціального взуття літнього асортименту.

Результати досліджень зазначених матеріалів за показниками гігієнічності представлено на рис.3.

Аналіз результатів дослідження дозволяє зробити висновок про те, що найбільш високі показники гігієнічності має джутова, бавовняна та напівлляна тканини (найбільшу гігроскопічність має тканина з волокон джуту (23,7%), а найменшу 14,6 % - тканина змішана бавовняна). За показником повітропроникності першу позицію займає - джутова тканина (156,9 дм³/ м²с), а найменшу - тканина змішана бавовняна (17,5 дм³/м²с), що майже в 9 разів менше за повітропроникність тканини із волокон джуту. Достатньо високу повітропроникність має бавовняна тканина (66,4 дм³/м²с).

В результаті дослідження фізико-механічних властивостей даних текстильних матеріалів за функцією бажаності визначено, непридатність бавовняної тканини з поверхневою щільністю 350 г/м² та змішана бавовняна тканина для виготовлення деталей верху взуття спеціального призначення.

Враховуючи основні вимоги до експлуатаційних характеристик спеціального взуття літнього асортименту дані досліджень щодо фізико-механічних та гігієнічних показників текстильних матеріалів для деталей верху - берців, рекомендовано текстильні матеріали з поверхневою щільністю не менше 400 г/м² переважно з натуральним складом волокон: бавовна, джут, льон, та їх комбінацій.

Враховуючи те, що спеціальне взуття переважно виготовляється зі шкіри, яка за своїми фізико-механічними показниками вища за показники міцності текстильних матеріалів, відповідно на наступному етапі дослідження проведено, перевірку гіпотези щодо покращення фізико-механічних властивостей деталей верху із текстильних матеріалів за рахунок кріообробленння.

Для перевірки гіпотези було обрано чотири види текстильних матеріалів з різною структурою та складом волокон. При цьому оцінено вплив низьких температур (мінус 4^_С та мінус 24^_С) під час витримки зразків протягом 24 та 48 годин на міцність деталей верху взуття із текстильних матеріалів за показником - розривного зусилля, яке було оцінено за стандартною методикою відповідно до ГОСТ 3816.

В якості охолоджувальної установки використано кріокамеру малого об'єму.

В результаті отриманих даних, визначено різний вплив оброблення при низьких температурах на міцність текстильних матеріалів, що обумовлено різним волокнистим складом тканин, температурою та часом витримування.

Встановлено кореляційний зв'язок між розривним зусиллям деталей верху взуття із текстильних матеріалів та низькими температурами, які представлено в табл. 1.

Таблиця 1. Коефіцієнти кореляційного зв'язку розривного зусилля досліджуваних тканин від температур оброблення

Артикул та склад матеріалу	Поверхнева щільність, г/м2	Коефіцієнт кореляційного зв'язку
		основа	уток
		мінус 4 °С	мінус 24°С
		24 год	48 год	24 год	48 год
Арт.33779 ( бавовни - 100)	350	- 0,86	- 0,88	- 0,17	0,37
Арт.51038 ( бавовни - 25, ВПЕ - 75)	380	0,07	- 0,01	- 0,76	- 0,81
Арт.11293 (ВО) джут	480	- 0,73	- 0,69	- 0,6	- 0,82
Арт. 11252 (ВО) льон - , бавовни - 49	630	- 0,7	- 0,6	- 0,71	- 0,77

Визначено, що найбільш тісний кореляційний зв'язок спостерігається по основі у бавовняної тканини (r = - 0,8) по основі джутової тканини (r = 0,69), утоку (r = 0,54); та по основі напівлляної тканини (r = 0,7); найменш виражена кореляційна залежність спостерігається по утоку бавовняної тканини (r = 0,07) та змішаної тканини (r = 0,31).

Найбільший коефіцієнт кореляції становить для бавовняної тканини по основі при температурі мінус 4°С протягом 48 годин витримки (-0,88). За умови зниження температури від мінус 4°С до мінус 24°С та збільшенню часу витримки коефіцієнт кореляції змінюється не суттєво, а по утоку збільшується в двічі.

Згідно з методикою експериментальних досліджень що враховує невизначеність результатів, для оцінювання точності експерименту визначено, розширену невизначеність , що є оцінкою параметру точності та якості проведення експерименту.

Розширену невизначеність , результату середнього значення розривного зусилля для джутового полотна витриманого при температурах мінус 4 та 24°С з довірчою ймовірністю 0,95 представлено в табл. 2.

Проведені дослідження підтвердили гіпотезу щодо підвищення фізико-механічних властивостей матеріалів в результаті кірооброблення, що підтверджує доцільність проведення подальших досліджень з метою визначення технологічних режимів кріооброблення деталей верху з текстильних матеріалів.

Таблиця 2. Значення розривного зусилля показників якості випробувального зразка

Матеріал	Час обробки, год	Температура, _С	Результати дослідження , Н	Значення двох незалежних оцінок усередненої внутрішньо групової дисперсії	Відношення двох незалежних оцінок за критерієм Фішера	Дисперсія середньої величини	Невизна-ченість результатів, Н
							Fp		S(v)	U
Арт.11293 (ВО) джутове полотно	24	+20	351	6,75	41,3	0,16	5,14	9	4,5	3517
		-4	356	10,5	76,8	0,14	5,14	14	6,7	35613
		-24	369	8,25	25,2	0,33	5,14	11	5,5	3695
	48	-4	388	3,75	40,7	0,09	5,14	5	3,5	3887
		-24	402	9,75	100,8	0,1	5,14	13	8,7	4029

Для визначення оптимальних технологічних режимів кріооброблення обрано матеріали з однаковою структурою, загальну характеристику, яких представлено в табл. 3.

Таблиця 3. Загальна характеристика досліджуваних тканин

Артикул матеріалу	Сировинний склад	Поверхнева щільність, г/м2	Переплетення	Просочення
Атр.22328 тканина напівлляна	бавовна - 49 льону - 51	540	полотняне	водовідштовхувальне
Атр.58333 джутова змішана	джут - 57 бавовна - 43	480	полотняне	водовідштовхувальне

Для встановлення діапазону низьких температур за, якого змінюється міцність деталей верху взуття з текстильних матеріалів проведено планування однофакторного експерименту.

В якості змінних факторів обрано низьку температуру в діапазоні від мінус 4°С до мінус 24°С з інтервалом варіювання в 2°С; час витримки прийнято незмінним ф-60 хв. Відповідно функцію відгуку є ”у” - розривне зусилля матеріалу.

Для визначення діапазону зміни експлуатаційних властивостей деталей верху з текстильних матеріалів попередньо було проведено дослідження щодо фізико-механічні властивості матеріалів витриманих при температурі 20°С та мінус 55°С.

Дані експерименту представлено на рис. 5-6. Похибка експерименту не перевищує 5%.

Отримано рівняння регресії для джутового полотна

по основі: у = 778,2 - 1,4 х (2)

по утоку: у = 1083,4 - 8,6 х (3)

Лінійне рівняння регресії для напівлляного текстильного матеріалу складає:

по основі: у = 1178,2 - 6,1 х (4)

по утоку: у = 689,9 - 3,2 х (5)

Оцінювання результатів експерименту здійснено методом порівняння двох середніх значень за критерієм достовірності (критерій Стьюдента), і наведено в табл.4.

Таблиця 4. Оцінювання розривного зусилля для джутового полотна за критерієм достовірності

Умовне позначення середніх величин розривного зусилля	Температура витримки -обробки, Т0	Розривне зусилля, Н по основі	Квадратичне відхилення, S2A , S2В	Критерій достовірності t1	Розривне зусилля, Н по утоку	Квадратичне відхилення, S2A , S2В	Критерій достовірності t1
1	2	3	4	5	7	8	9
A	20	778	277	0,63	1055	23579	0,62
B1	-4	768	1220	0,42	1086	12969
B2	-6	782	257	0,47	1072	7964	0,33
B3	-8	768	450	0,91	1099	8277	0,85
B4	-10	785	2502	0,33	1118	12896	1,14
B5	-12	778	3144	0,04	1109	11164	1,00
B6	-14	798	2374	0,95	1131	17203	1,28
B7	-16	791	449	1,18	1251	7795	3,76
B8	-18	788	1219	0,63	1245	34664	2,68
B9	-20	798	3336	0,63	1449	7339	7,62
B10	-22	791	449	1,18	1316	11278	4,75
B11	-24	804	1348	1,58	1289	5841	4,64
B12	-55	775	9431	0,07	1256	12319	3,61

Визначено, що підвищення міцності деталей із джутового полотна спостерігається при температурі мінус 18°С, а для напівлляної тканини - при температурі мінус 20°С. Найбільше збільшення розривного зусилля спостерігається по утоку при температурі мінус 20^_С на 37% для джутового полотна, а для напівлляного по основі на 25%, а по утоку на 27%.

Структуру джутового полотна методом мікрозйомки представлено на рис. 7.

В результаті якої зафіксовано кристалізацію вологи між волокнами в матеріалі, що впливає на зниження теплової енергії волокна і як наслідок знижується навантаження між волокнами й збільшується міцність самих волокон.

Оцінку залежності міцності деталей верху із текстильних матеріалів від режимів кріооброблення здійснено за допомогою проведення D - оптимального планування експерименту другого порядку зі застосуванням матриці К.Коно.

Враховуючи попередні дослідження змінними факторами обрано х₁ - темпера-туру оброблення в кріокамері: мінус 15°С (температура, при якій спостерігається поступове збільшення міцності матеріалу) та мінус 25°С (допустима температура, за якої не спостерігається негативної зміни фізикомеханічних властивостей матеріалу); х₂ - час оброблення який визначався, виходячи із тривалості охолодження матеріалів та умови оптимізації тривалості технологічного процесу виготовлення взуття від 30 до 90 хв.

На рис.8. графічно представлено результати дослідження залежності випливу низьких температур та часу на міцність деталей верху із текстильних матеріалів.

Математичні моделі визначення технологічних режимів кріооброблення представлено наведеними нижче регресійними рівняннями:

Для джутової тканини рівняння мають вигляд

по основі = 798 - 1,6 х₁ + 1,8 х₂ (6)

по утоку = 1732-3,3 х₁ +0,8 х₂ (7)

Для напівлляної тканини залежність описується рівнянням

по основі: = 1420 - 1,3 х₁ +3,5 х₂(8)

по утоку = 771 - 1,8 х₁ + 2,4 х₂ (9)

Аналіз рівнянь свідчить про те, що час суттєво впливає на показники надійності текстильних матеріалів. Результати перевірки адекватності отриманих моделей представлено в табл.5.

Таблиця 5 Результати статистичного аналізу адекватності отриманих математичних моделей

Позначення функції відгуку	Дисперсія відтворення S2{y}	Дисперсія адекватності; S2ad	Критерій Фішера
			розрахунковий Fрозр	табличне значення Fтаб
	197	380	1,93	2,6
	136	460	2.2
	164	420	2,4
	186	393	2,1

Отримані рівняння можна вважати адекватними з 95% довірчою ймовірністю.

В результаті аналізу даних зроблено висновок про доцільність оброблення деталей вузла верху із текстильних матеріалів при температурі мінус 20°С протягом 60 хв.

Четвертий розділ присвячено практичним рекомендаціям щодо підвищення комфортності та надійності взуття спеціального призначення, питанням розробки технології та проектування взуття літнього асортименту для військовослужбовців.

Враховуючи залежність впливу надійності елементів конструкції взуття на експлуатаційні властивості та загальну надійність виробу, визначено ймовірність безвідмовної роботи деталей верху взуття із джутової тканини міцністю 1216 Н, при навантаженні в 1200 Н та складає 0,97.

Ймовірність безвідмовної роботи верху взуття за критерієм міцності визначено за формулою:

,

де - функція ймовірності нормованого нормального розподілу;

- квантиль нормованого нормального розподілу;

- коефіцієнт запасу за середніми значеннями допустимих та діючих напружень; , - коефіцієнти варіації величин і відповідно.

За розрахованим значенням допустимих напружень визначено, що для заданого значення ймовірності безвідмовної роботи верху взуття із текстильними берцями, розривне зусилля матеріалів має складати не менше 1200 Н.

Для вирішення задачі підвищення комфортності взуття досліджено динаміку зміни та екстремуми температур в літній період часу (рис.9), які були покладені в основу розрахунку теплофізичних властивостей заготовки верху.

Згідно розрахунків здійснених за формулою Іванова М.Н.

,

визначено допустимі значення коефіцієнту теплової активності заготовки верху взуття, що враховує комфортну температуру стопи при граничних значеннях температури навколишнього середовища в літній період носіння.

В якості комфортної температури стопи при інтенсивних навантаженнях обрано температура стопи (t_c) в діапазоні від 22 до 33°С, комфортна температура контакту стопи із взуттям (t_к) 2125°С за умов температур навколишнього середовища (t₀) від 5 до 40°С, які спостерігаються в літній період; В_с - тепловий коефіцієнт теплової активності стопи який складає при вологих шкарпетках 764 Вт/(м²с) та 608 Вт/(м²°С) для сухих.

Визначено, що при температурі 20°С спостерігається тепловий потік від зовнішнього середовища до стопи. При цьому, екстремум теплопередачі знаходиться у межах температурного діапазону від 22 до 25°С, що спричиняє прискорений потік теплової енергії через матеріали, і як наслідок, перегрівання стопи. При температурі навколишнього середовища 35°С інтенсивність процесу теплопередачі знижується, що пояснюється вирівнюванням температури навколишнього середовища та температури внутрішнього мікроклімату всередині взуття. Одночасно спрацьовує термостатична система організму, яка починає інтенсивне виділення поту для охолодження стопи, що призводить до зниження комфортного мікроклімату всередині взуття.

У результаті проведених розрахунків визначено оптимальні теплофізичні параметри конструкції взуття в умовах жаркого мікроклімату та при перепадах температур навколишнього середовища. Середній коефіцієнт теплопровідності заготовки верху із текстильними берцями повинен складати не менше 0,0067Вт/м²°С при енерговитратах людини в q=64 Вт/м, температурі навколишнього середовища від 38°С до 40°С.

В результаті теоретичних розрахунків визначено, що найбільш прийнятними до формування вузла берців наступні види та комбінації матеріалів, напівбавовняна, джутова, напівлляна.

Розроблено конструкцію, технологію виготовлення взуття для військо-вослужбовців та розраховано економічну ефективність від його впровадження. Запропоновано проектнотехнологічні рішення щодо конструкції взуття для військовослужбовців із текстильними берцями (рис.10) та розроблено техно-логію його виготовлення з кріооб-робленням деталей верху.

Особливістю даної конструкції є врахування морфологічних типів та підтипів стоп військових ширину берців звужено на 10 мм, а носкову частину в колодці більш наповненою.

Герметичність конструкції збіль-шено за рахунок напівглухого клапану та раціональної ширини берців.

Для зниження динамічних наван-тажень в системі заготовки верху передбачено спеціальні захисні ударо-поглинаючі амортизатори в області ахіллового суглоба та голеностопу. В області склепіння на устілках передбачено корегуючі амортизаційні елементи для зниження ризику перевантаження опорноресорної функції стопи.

Для деталей верху обрано шкіру хромового методу дублення типу нубук підвищеної товщини. В якості текстильного матеріалу для деталей берців обрано джутову тканину полотняного переплетення з водовідштовхувальним та вогнестійким просочуванням із поверхневою щільністю не менше 540г/м².

Внесено відповідні зміни в технологічний процес виготовлення взуття спеціального призначення на основі дослідження впливу технологічних процесів різних методів кріплення на міцність деталей верху взуття із текстильних матеріалів.

Аналіз температур технологічних процесів різних методів кріплення (рис.11) показав, що найбільшим температурним впливам заготовка взуття піддається під час формування.

На рис. 12, представлено результати впливу технологічних режимів виготовлення взуття клейо-вого та рантово-клейового методів кріплення. Де, 1 - початкова міцність деталей верху взуття з джутової тканини; 2 - вплив технологічних режимів клейового методу виготов-лення взуття на зразки деталей верху із джутової тканини; 3 - вплив технологічних режимів клейового методу виготовлення взуття із кріообробленням на зразки деталей верху із джутової тканини; 4 - вплив технологічних режимів рантово-клейового методу виготовлення взуття на зразки деталей верху із джутової тканини; 5 - вплив технологічних режимів рантово-клейового методу виготовлення взуття із кірообробленням на зразки деталей верху із джутової тканини

В результаті моделювання впливу технологічних режимів на міцність деталей вузла берців із текстильних матеріалів встановлено зниження розривного зусилля по основі на 8%, а по утоку на 4% для джгутового полотна.

Встановлено, що при попередньому кріообробленні деталей верху із текстильних матеріалів протягом 60 хв., при низькій температурі (мінус 20°С) спостерігається підвищення міцності матеріалу за рахунок кріоструктурування.

В порівнянні із зразками, що не витримані при низьких температурах, розривне зусилля по основі збільшується до 5,6%.

В системі технологічного процесу виготовлення взуття з рантово-клейовим методом кріплення для джгутової тканини спостерігається підвищення розривного зусилля по утоку на 4,5%.

Методом теорії ігор проведено прогнозування надійності взуття в залежності від невизначеності погодних умов (холодне або жарке літо).

В результаті отриманої матриці визначено, що в умовах жаркого мікроклімату та впливу критичних навантажень, які виникають у момент виконання стрибків та бігу, в області плюснових з'єднань у заготовці верху оптимальною конструкцію є черевики із цільною союзкою та настроченими берцями із джутового полотна. Результати дослідження впроваджено на трьох підприємствах при виготовлені взуття із текстильних матеріалів, загальна економічна ефективність який складає 15420 грн., на одне підприємство.

ВИСНОВКИ

1. На основі проведених комплексних досліджень експлуатаційних властивостей спеціального взуття вирішено задачу створення конкурентоспроможної конструкції та технології виготовлення черевиків спеціального призначення літнього асортименту.

2. Визначено вимоги до спеціального взуття в умовах перепаду температур від 5°С до 50°С та розроблено технічні вимоги до конструкції та матеріалів даного взуття.

3. Розроблено фізичну модель надійності заготовки верху взуття в умовах перепаду температур та фізичних навантажень.

4. Доведено за результатами експериментальних досліджень на основі комплексного показника оцінювання фізико-механічних та гігієнічних характеристик матеріалів принципову можливість використання для виготовлення деталей берців змішаних текстильних матеріалів з волокон бавовни та джута.

5. Висунуто та підтверджено гіпотезу щодо впливу низьких температур на зміну фізико-механічних характеристик деталей верху взуття із текстильних матеріалів за рахунок кріоструктурування волокон.

6. Встановлено кореляційну залежність між надійністю деталей верху взуття із текстильних матеріалів через показник розривного зусилля та низькими температурами, які складають для бавовняної тканини по основі (r= -0,8;); джутової тканини (r = 0,78 по основі та r= 0,64 по утоку;) та напівлляної тканини (r=0,7). Одержано регресійні рівняння залежності розривного зусилля деталей верху взуття із текстильних матеріалів від режимів кріоброблення. Встановлено, що при низьких температур в межах від мінус 15°С до мінус 24°С в процесі кріооброблення протягом 60хв, міцність деталей заготовки збільшується від 18 до 24 % як по основі та і по утоку.

7. Встановлено, що заготовка в умовах перепаду температурних режимів в літній період носіння для забезпечення комфортного мікроклімату всередині взуття, повинна володіти наступними теплофізичними характеристиками: термічний опір не менше 12000 Вт /м²°С, середній коефіцієнт теплопровідності заготовки не менше 0,0067 Вт/м^2°С при енерговитратах людини в q=64Вт/м, при температурі навколишнього середовища від 38°С до 40°С.

8. Визначено що за умов фізичних та теплових навантажень допустима ймовірність безвідмовної роботи деталей верху взуття із джутового полотна при динамічних навантаженнях в літній період часу яка складає 97%. На основі матричних ігор проведено оцінку надійності заготовки із джутового полотна та визначено раціональну конструкції черевиків із текстильними берцями з джутового полотна в залежності від зміни погодних умов.

9. Розроблено конструкцію та запропоновано технологію виготовлення спеціального взуття літнього асортименту з попереднім кріообробленням деталей верху із текстильних матеріалів. На основі експериментального моделювання технологічних процесів виготовлення взуття різних методів кріплення розроблено рекомендації щодо технологічних режимів кірооброблення (мінус 20°С протягом 60 хв) взуття із текстильних матеріалів при яких забезпечується збільшення міцності заготовки в порівняні із деталями без кріоброблення.

10. Проведено апробацію технологій кріооброблення розробленої моделі, результати якої підтверджено вищою атестаційною комісією за показниками фізико-механічних та гігієнічних властивостей нової моделі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Публікації у наукових фахових виданнях

1. Гаркавенко С.С. Встановлення залежності між режимами обробки при низьких температурами та надійності деталей верху взуття із текстильних матеріалів / С.С. Гаркавенко, Т.В. Безсмертна, І.І. Котлярова // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2008. - №2 (40). - С. 94-99. Особистий внесок дисертанта: встановлення математичних залежностей міцності деталей верху взуття із текстильних матеріалів від технологічних режимів кріооброблення.

2. Безсмертна Т.В. Дослідження показників гігієнічності текстильних матеріалів для взуття спеціального призначення / Т.В. Безсмертна // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2007. - №6(38). - С. 154-157.

3. Гаркавенко С.С. Дослідження впливу низьких температур на надійність взуття з текстильних матеріалів / С.С. Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2008. - №1 (38). - С. 316-321. Особистий внесок дисертанта: дослідження впливу низьких температур і тривалості попередньої обробки на показники надійності текстильних матеріалів.

4. Гаркавенко С.С. Аналіз методів оцінювання та прогнозування надійності як показника конкурентоспроможності взуття / С.С. Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Вісник національного університету „Львівська політехніка”, 2007. - № 467. - С. 189-194. Особистий внесок дисертанта: запропоновано класифікацію методів оцінки надійності залежно від підходів до оцінювання, обраної моделі надійності, життєвого циклу об'єкту та критеріїв відмов.

5. Гаркавенко С.С. Вплив динамічних навантажень на вибір методів кріплення взуття / С.С. Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля, 2008. - №2 [120]. - С. 407- 411. Особистий внесок дисертанта: аналіз факторів, які впливають на величину, характер навантажень та особливостей роботи стопи військовослужбовців.

6. Гаркавенко С.С. Дослідження надійності взуття на основі показника інтенсивності відмов / С.С Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Держава та регіони, 2007. - № 594. - С. 189-194. Особистий внесок дисертанта: аналіз надійності як складової якості взуття, класифікація експлуатаційних дефектів взуття.

7. Пат. 27326 Україна. Взуття / С.С. Гаркавенко, В.П. Коновал, Т.В. Безсмертна. №200706874; Заявл.19.06.2007; Опубл. 25.10.2007. - 2.с

Матеріали конференцій та тези доповідей

8. Безсмертна Т.В. Вплив динамічних навантажень на вибір методів кріплення / Т.В. Безсмертна, С.С. Гаркавенко // Тези доповідей VІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 15-16 квітня „ Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2008. - С. 65. Особистий внесок дисертанта: запропоновано структурну схему конструктивних елементів взуття..

9. Попова Д.Є. Дослідження впливу низьких температур на експлуатаційні характеристики взуття / Д.Е. Попова, Т.В. Безсмертна, С.С Гаркавенко // Тези доповідей VІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 15-16 квітня „ Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2008. - С. 68. Особистий внесок дисертанта: рекомендації щодо підвищення експлуатаційних властивостей взуття на основі кріоструктурної модифікації деталей верху взуття з текстильних матеріалів в процесі кріооброблення.

10. Безсмертна Т.В. Аналіз впливу конструктивно-технологічних характеристик на надійність взуття / Т.В. Безсмертна, С.С Гаркавенко // Тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 17-18 квітня „ Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2007. - С.65. Особистий внесок дисертанта: рекомендації щодо підвищення надійності на етапі розробки конструкції взуття.

11. Люлькова Л.В. Формування осінньо-зимового асортименту в умовах невизначеності погоди / Л.В. Люлькова, С.С Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 17-18 квітня „ Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2007. - С.66. Особистий внесок дисертанта: визначення оптимальної структури сезонного асортименту взуття.

12. Повєрін А.О. Підготовка вихідних вхідних даних для розробки нормативної документації з виготовлення спеціального взуття / А.О. Повєрін, С.С. Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 17-18 квітня „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2007. - С.67. Особистий внесок дисертанта: вимоги до розроблення ТУ на взуття літнього асортименту для військовослужбовців.

13. Безсмертна Т.В. Інноваційні технології у виробництві взуття для військовослужбовців / Т.В. Безсмертна, С.С Гаркавенко // Тези доповідей V Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2006. - С. 57. Особистий внесок дисертанта: аналіз інновацій у виробництві взуття для військовослужбовців.

14. Безсмертна Т.В. Порівняльна характеристика нормативних показників якості на основі аналізу ДСТУ, ГОСТ та Recommended standards for Footwear, Busm / Т.В. Безсмертна, С.С. Гаркавенко // Тези доповідей IV Всеукраїнської ювілейної наукової конференції молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2005. - С. 56.

Особистий внесок дисертанта: аналіз особливостей нормування показників якості в національних стандартах України та стандартах BUSM.

15. Лахно С.О. Проблема експлуатаційних дефектів взуття та шляхи їх вирішення / С.О. Лахно, Т.В. Безсмертна, С.С. Гаркавенко // Тези доповідей IV Всеукраїнської ювілейної наукової конференції молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.1. - К.: КНУТД, 2005. - С. 57. Особистий внесок дисертанта: дослідження якості взуття за коефіцієнтом дефектності.

Публікації в інших виданнях

16. Гаркавенко С.С. Напрями розвитку інновацій в легкій промисловості (на прикладі взуття спеціального призначення) / С.С Гаркавенко, Т.В. Безсмертна // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины, 2006. - № 2 (12) - С.6-10. Особистий внесок дисертанта: запропоновано структурну схему та напрями інновацій конструктивних елементів взуття спеціального призначення.

17. Бессмертная Т.В. Проблема повышения эксплуатационных характеристик обуви специального назначения и пути ее решения / Т.В. Бессмертная, С.С. Гаркавенко // Техническое регулирование: базовая основа качества товаров и услуг. Международный сборник научных трудов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС,2008. - С.58 - 61. Особистий внесок дисертанта: дослідження показників міцності та гігієнічності текстильних матеріалів з волокнами джуту, льону, бавовни для деталей верху взуття спеціального взуття.

18. Бессмертная Т.В. Инновации в конструкции обуви специального назначения / Т.В. Бессмертная, С.С Гаркавенко // Метрология, стандартизация и сертификация изделий сервиса: теория и практика. Международный сборник научных трудов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2007. - С. 54 -57. Особистий внесок дисертанта: аналіз розробок щодо вдосконалення конструкцій взуття спеціального призначення.

19.Бессмертная Т.В. Оценка рисков появления эксплуатационных дефектов./ Т.В. Бессмертная, С.С Гаркавенко // Метрологическое обеспечение, стандартизация и сертификация в сфере услуг. Международный сборник научных трудов. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2006. - С.30-34. Особистий внесок дисертанта: аналіз причин виникнення експлуатаційних дефектів взуття та ризику витрат, спричинене ними.

АНОТАЦІЯ

Безсмертна Т.В. Розробка конструкцій та технологій виготовлення літнього взуття для військовослужбовців з використанням кріооброблення деталей верху. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.18 - технологія взуття, шкіргалантерейних виробів і хутра. - Національний університет технологій та дизайну, Київ, 2009.

Дисертація присвячена підвищенню якості спеціального взуття на прикладі взуття для військовослужбовців за рахунок впровадження нових матеріалів та розробки технології кріооброблення деталей верху.

Визначено основні вимоги до спеціального взуття що використовується в умовах перепаду температурних режимів в літній період часу.

Визначено теоретичні засади щодо підвищення експлуатаційних властивостей взуття з текстильних матеріалів. Розроблено гіпотези щодо підвищення міцності деталей верху взуття із текстильних матеріалів за рахунок кріооброблення та кріоструктурної модифікації матеріалів під впливом низьких температур.

В даній роботі проведені експериментальні дослідження фізико-механічних та гігієнічних показників текстильних матеріалів для деталей верху взуття спеціального призначення.

Встановлено вплив кріооброблення на показники надійності деталей верху взуття із текстильних матеріалів. Експериментально встановлено адекватні математичні моделі залежності параметрів кріооброблення (часу та температури) на розривне зусилля деталей верху взуття із текстильних матеріалів.

Визначено оптимальні теплофізичні характеристики матеріалів для заготовки верху, при використанні яких забезпечується максимально комфортний мікроклімат в умовах перепаду кліматичних температур.

На основі проведених досліджень розроблено технологію та конструкцію спеціального взуття із текстильними берцями з джутового полотна літнього асортименту.

Результати роботи впроваджено на виробництвах ПП Сокальський, „Еліта Стиль”, „Зенкіс”.

Ключові слова: спеціальне взуття, текстильні матеріали, кріооброблення, комфортність, надійність.

АНОТАЦИЯ

Бессмертная Т.В. Разработка конструкций и технологии изготовления летней обуви для военнослужащих с применением криооброботки деталей верха. - Рукопись.

Диссертация на соискания степени кандидата технических наук по специальности 05.18.18 - технология обуви, кожгалантерейных изделий и меха. - Национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2009.

В диссертационной работе рассматривалась проблема повышения эксплуатационных свойств обуви специального назначения за счет применения технологии криообработки деталей верха из текстильных материалов.

Рассмотрены условия эксплуатации специальной обуви летнего ассортимента. Определены основные факторы, которые существенно влияют на качественные и эксплуатационные показатели обуви. Выяснено, что в летний период к основным факторам, которые негативно влияют на работоспособность человека и надежность обуви являются температурная и динамическая нагрузки.

Разработаны основне требования к специальной обуви которая эксплуатируется в условиях жаркого микроклимата, а также определены граничные показатели ее надежности.

Рассмотрены теоретические аспекты относительно решения проблемы повышения эксплуатационных характеристик обуви специального назначения на основе теории криоструктурной модификации и теплообмена в условиях перепада температур.

Разработаны и подтверждены гипотезы о повышении эксплуатационных характеристик обуви в результате применения новых текстильных материалов и их криообработки за счет криоструктурной модификации материалов.

В данной работе представлены результаты исследования физико-механических и гигиенических свойств текстильных материалов для деталей верха обуви специального назначения, в результате которых рекомендовано использовать для изготовления деталей верху следующие текстильные материалы: хлопковые, льняные, джутовые ткани с поверхностной плотность не меньше 400 г/м².

Исследовано, влияние криообработки на их прочность. Установлены корреляционные зависимости разрывных нагрузок текстильных материалов от криообработки их закономерности и уравнения регрессии.