Работа IV.4. Исследование изменения размеров стопы при движении [1972 - - Практикум по конструированию изделий из кожи]

Цель работы: изучить методику исследования изменения размеров стопы при ее работе.

2. Тензометрическая обувь, датчики и манжеты.

Пособия: стенд, включающий в себя осциллограф Н-700, четыре-шесть мостов, омметр или авометр, метроном, каучуковые датчики растяжения с базой l = 30 мм, тензометрические сандалии с датчикодержателями и манжетами, стенд для записи фаз, кабель на 8-12 линий с подвеской, обеспечивающей перемещение на 8-10 шагов (может использоваться стенд, описанный в предыдущей работе).

Литература. Зыбин Ю. П. Конструирование изделий из кожи, М., "Легкая индустрия", 1966, стр. 104-107. Макуха В. И. Изменение размеров стопы в движении, Научные труды МТИЛП, М., изд. МТИЛП, сб. 22, 1962.

1. Подготовка стопы к эксперименту

При проведении данного исследования достоверность результатов во многом зависит от правильности подбора ассистента, стопа которого должна соответствовать применяемой в эксперименте тензометрической обуви и не должна иметь заметных патологических отклонений.

Сначала производят обмер и разметку стопы ассистента. Данные обмера заносят в таблицу по форме, приведенной ниже (табл. IV.10). Обмер и разметку делают по методике, изложенной в разделе I. При разметке отмечают сечения 0,18Д, 0,62/0,73Д, 0,55Д, 0,42Д.

Таблица IV.10. Изменения размеров стопы в различных фазах движения и положениях

О_и.м - обхват икроножной мышцы (в наиболее широком месте голени).

О_Г - обхват голени над мыщелками (в наиболее узком месте голени).

2. Тензометрическая обувь, датчики и манжеты

Исследование изменения длиннотных и широтных размеров стопы при ходьбе производится с помощью системы датчиков, закрепляемых на специальной тензометрической обуви. Анализ изменений полнотных размеров стопы выполняют посредством датчиков, закрепляемых на исследуемом сечении с помощью специальных манжет. Тензометрическая обувь средних размеров для мужчин и женщин должна быть подготовлена заранее. Тензометрическая обувь типа сандалий изображена на рис. IV.15.

Рис. IV.15. Тензометрическая обувь типа сандалий для исследования изменения длиннотных и широтных размеров стопы: 1 - место носочного длиннотного тензометра; 2 - место пяточного длиннотного тензометра; 3 - места пучковых широтных тензометров; 4 - места пяточных широтных тезометров

1. Графы 2, 5, 8, 11, 14-17, 20, 23 2-й строки заполняют по данным обмера стопы.

2. В верхние клетки строк граф 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 заносят (с учетом знака) величины абсолютных изменений размеров стопы в данном положении по сравнению с теми же размерами стопы в положении "на весу".

3. В нижние клетки строк граф 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 заносят (с учетом знака) величины абсолютных изменений размеров стопы в данном положении по сравнению с теми же размерами стопы в положении "опора на обе стопы".

4. Размеры стопы в положении "на весу" (строка 1-я, графы 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23) вычисляют по исходным размерам (строка 2-я) с учетом величин Δ и знака изменения этих размеров, полученного в положении "опора на обе стопы".

5. Размеры стопы по 3, 4, 5-й и т. д. строкам (графы 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23) вычисляют по размерам стопы в положении "на весу" с учетом величины А и знака изменения размеров, полученного в данном положении.

6. Значения относительных изменений размеров (графы 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25) вычисляют по величинам А абсолютных изменений тех же размеров, отнесенных к размерам в положении "на весу" для верхних клеток всех строк, к размерам в положении "опора на обе стопы" для нижних клеток всех строк.

Допустим, для эксперимента взята стопа с размерами, занесенными во 2-ю строку (графы 2, 6, 9, 12, 15, 18, 21). Размер обхвата в пучках при опоре на обе стопы О_пуч = 247 мм. Так как балансировка мостов производилась в положении "на весу", то отклонение этого размера в положении стопы "на весу" равно 0 (1-я строка, графа 13, верхняя клетка), О_пуч = 0, εО_пуч = 0 (1-я строка, графа 14, верхняя клетка). При нагружении обеих стоп обхват в пучках изменился на 9 мм:

Из этих формул можно вычислить обхваты стопы в пучках в положении "на весу": О_пуч = 247 - 9 = 238 (1-я строка, графа 11). Тогда относительные изменения размеров обхвата стопы составят:

по отношению к положению "опора на обе стопы"

В положении "опора на одну стопу" увеличение обхвата в пучках составило 12 мм по сравнению с исходным при записи:

Увеличение размера О_0,68/0,72Д по сравнению с размером в положении "опора на обе стопы" составит 12 - 9 = 3 мм, ΔО_пуч = 3 мм (3-я строка, графа 12, нижняя клетка).

При этом размер обхвата в пучках стал равным 250 мм: О_0,68/0,72Д = 238 + 12 = 247 + 3 = 250 мм (3-я строка, графа 11).

Относительное изменение обхвата в пучках составило:

по отношению к положению "опора на обе стопы"

При ходьбе увеличение обхвата в пучках составило

(4-я строка, графа 11), а увеличение обхвата в пучках при ходьбе по сравнению с обхватом при опоре на обе стопы равно

Относительное изменение обхвата при ходьбе по отношению к размеру в положении "на весу" равно

То же по отношению к размеру в положении "опора на обе стопы".

Заполнив таким образом всю таблицу, мы получаем возможность видеть характер изменения размеров относительно положения "на весу" (верхние клетки строк) и относительно положения "опора на обе стопы" (нижние клетки строк).

Обувь крепится на стопе с помощью системы ремней. На поверхности стельки нужно отметить линии пучков 0,62/0,73Д и сечения 0,18Д. При надевании обуви необходимо совместить линию пучков стопы с линией пучков на стельке.

Для исследования полнотных размеров используют специальные манжеты (рис. IV.16). Манжеты выполняются из прочной тонкой фольги или тканевой ленты 1, армированной металлическими волокнами. Ширина манжеты 3-5 мм. Длину окружности манжеты устанавливают с помощью пряжки или зажима 2. Концы датчика 3 фиксируют в зажимах 4. Для создания некоторого первоначального прилегания манжеты к стопе в манжету вставляют слабую резинку 5, обеспечивающую натяжение на стопе 10-20 гс. Для предотвращения смещения в продольном направлении манжету в трех-четырех точках (по следу и с тыльной стороны) закрепляют на стопе с помощью лейкопластыря. Датчик 6 полнотного размера включают в мостовую схему.

Рис. IV.16. Схема тензометрической манжеты

Для исследования длиннотных и широтных размеров используют спаренные каучуковые тензометры. Схема одного из них показана на рис. IV.17. Тензоэлемент устанавливают на штативе 1, в направляющих которого движется щуп 2. Датчик 3 крепится к штативу 1 и к тяге подвижного щупа 2, прижимаемого к стопе возвращающейся пружиной 4. Основанием штатива служит жесткая латунная пластина 5, часть которой несколько вынесена вперед для защиты тензоэлемента от механических воздействий при ходьбе. Аналогичный тензометр устанавливают позади пятки стопы. Носочный и пяточный тензодатчики соединяют последовательно и включают в мостовую схему как единый датчик.

Рис. IV.17. Схема спаренного каучукового тензометра

Концы проводов, ведущих через разъем к зажимам R_x моста, припаивают к подвижным концам датчиков через тонкий и гибкий проводник. Основание штатива пяточного тензометра выполняют по форме каблучной поверхности и так же, как основание носочного тензометра, закрепляют между слоями низа тензометрических сандалий. Конструкция тензометров для исследования изменения широтных размеров стопы в пучках и пятке и схема их включения аналогичны конструкции длиннотного тензометра и схеме его включения. Трущиеся поверхности тензометров должны быть чистыми, сила прижатия щупа к стопе не должна превышать 10-12 гс.

3. Тарировка датчиков и настройка стенда

Датчики тарируют без наклейки с помощью тарировочного приспособления (см. рис. IV.3). Датчики включают в цепь моста через кабель, который будут использовать при проведении исследования.

Так как измеряемой величиной является абсолютное изменение размера, то тарировку всех датчиков делают по абсолютному удлинению Δl, мм (в отличие от относительного удлинения ε, %).

Предельные значения абсолютного удлинения датчиков Δl_т, мм, при тарировке можно взять равными:

В пределах крайнего значения Δl_т берут четыре-пять промежуточных точек. По данным тарировки заполняют таблицу, форма которой приведена ниже (табл. IV.11), строят тарировочный график и рассчитывают тарировочный коэффициент К_т:

Таблица IV.11. Тарировка датчиков

Подбор и тарировка датчиков длиннотного и широтного тензометров имеют некоторую специфику. Особое внимание следует обратить на подбор датчиков в каждой паре тензометров. Из партии датчиков с одинаковыми базами l, из капилляров с одними и теми же внутренними и наружными диаметрами сначала подбирают 20-25 датчиков с близкими начальными сопротивлениями. Потом все датчики тарируют и отбирают те из них, которые имеют одинаковый тарировочный коэффициент.

После тарировки собирают схему каждого канала и делают его тарировку. Сначала тарируют канал по первому датчику, затем по второму. Строят тарировочные графики и определяют тарировочные коэффициенты датчиков и всего канала. Тарировочные коэффициенты первого и второго датчиков подсчитывают по формуле

Если характеристики первого и второго датчиков удовлетворяют условию К_Т₁ ≈ К_Т₁ (1±0,05), то тарировочный коэффициент канала подсчитывают как среднеарифметическое

Если тарировочные коэффициенты и рабочие участки характеристик одинаковы для обоих датчиков канала, то это значит, что датчики подобраны верно.

При тарировке каучуковых датчиков растяжения может встретиться случай, когда тарировочный график, в целом линейный, имеет нелинейный участок в начале, при малых относительных деформациях (до 3-5%). В таком случае датчик предварительно растягивают на величину Δl', соответствующую длине начального нелинейного участка по оси Δl. Это достигается настройкой тензометра. Мост балансируют в соответствии с новым размером базы датчика, который принимают за исходный. Тарировочный коэффициент определяют при новой тарировке. Такая корректировка характеристики эквивалентна переносу начала О координат h и Δl в положение О' с новыми координатами h' и Δl' (рис. IV.18).

Рис. IV.18. Схема корректировки тарировочного графика длиннотного тензометра

4. Определение размеров стопы в движении

После тарировки длиннотных, широтных и полнотных датчиков переходят к испытаниям. На стопу надевают полнотные тензометры и тензометрическую обувь. Мосты балансируют в положении "стопы на весу". Делают запись нулевых положений шлейфов. Затем записывают осциллограмму в положении "стояние на двух ногах". Записывают осциллограмму в положении "стояние на одной ноге". Потом включают отметчик времени, метроном и мост фазового датчика и делают запись изменения размеров при ходьбе. После получения осциллограмм переходят к их обработке.

Обработку осциллограмм начинают с расшифровки записи фаз ходьбы. Затем переходят к расшифровке осциллограмм изменения размеров стопы. Величины изменения размеров берут по отношению к положению нулевых линий шлейфов. Изменение размеров по каждому каналу подсчитывают по формуле

h_p - отклонение луча шлейфа от нулевого положения при испытании;

Данная методика может быть использована и для исследования изменения размеров кисти. В частности, измерение полнотных размеров может проводился без каких-либо дополнительных переработок.