韓健健 胡勇杰 高軍

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東廣州 510670；2.東莞市恒宇儀器有限公司，廣東東莞 523000）

研究顯示，人在負(fù)重的狀態(tài)下徒步行走，每公里約走600步～700 步，這就意味著每步行一公里，一只腳要承受600次～700 次的重力沖擊[1]，若是激烈的運(yùn)動，其沖擊力將更大。一名體重約為100 kg 的籃球中鋒員，在一場48 min 的比賽中要起跳約300 次，每次落地其前腳掌將承受約四倍體重的重量，全場比賽累計受力高達(dá)1176000 N。如果穿著的鞋沒有良好的減震系統(tǒng)來緩沖這種沖擊，會使人的雙腳感到疲憊不堪，無法保持速度和耐力，同時會對大腦造成沖擊，對健康造成損傷[2-3]。因此，鞋類減震性能，是影響其舒適安全性的一個非常重要的指標(biāo)。

鞋類減震性能備受國內(nèi)外相關(guān)從業(yè)者的關(guān)注，各類減震方法的開發(fā)也是層出不窮，這也導(dǎo)致了國際上鞋類減震性能測試方法的多樣性，如美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM F 1976：99《運(yùn)動鞋緩沖性能沖擊試驗方法》[4]和英國標(biāo)準(zhǔn)SATRA TM 479《質(zhì)量沖擊吸收測試儀》[5]，采用的沖頭及傳感器不一樣，且與國內(nèi)也有差異，從而出現(xiàn)減震試驗設(shè)備不兼容的情況，導(dǎo)致鞋類研發(fā)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)往往需要根據(jù)具體的試驗方法來購買對應(yīng)的試驗機(jī)，多種試驗機(jī)的配置，也顯著增加了鞋類研發(fā)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)的運(yùn)行成本，且造成極大的資源浪費(fèi)。

鑒于此，本文研究通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，致力于滿足國內(nèi)外系列減震標(biāo)準(zhǔn)測試要求的多功能一體機(jī)的研發(fā)，解決國內(nèi)外同類產(chǎn)品測試標(biāo)準(zhǔn)不兼容的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)測試功能多樣化的技術(shù)創(chuàng)新。

1 研發(fā)內(nèi)容

研究通過綜合分析國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用的減震設(shè)備，及其對傳感器種類和沖擊頭的形狀尺寸的要求，開發(fā)出適用于各類沖錘連接的沖擊桿，并通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)同時滿足GB/T 30907-2014《膠鞋 運(yùn)動鞋減震性能試驗方法》[6]、GB/T 38012-2019《鞋類 整鞋試驗方法 緩震性能》[7]、GB/T 38018-2019《鞋類 鞋底試驗方法 抗疲勞性能》[8]、ASTM F 1976、SATRA TM 142《質(zhì)量沖擊吸收測試》[9]等，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)測試要求的多功能一體機(jī)的研發(fā)，解決國內(nèi)外同類產(chǎn)品測試標(biāo)準(zhǔn)不兼容的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)測試功能多樣化的技術(shù)創(chuàng)新。

2 研發(fā)過程及討論

在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）和美國標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）用到了力傳感器，而英國標(biāo)準(zhǔn)（SATRA）則使用加速度傳感器，同時相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對沖錘尺寸的要求也各有不同，例如GB/T 24152 和ASTM F 1976 標(biāo)準(zhǔn)要求沖擊頭直徑為45 mm、邊緣倒角半徑為1.0 mm（如圖1 所示），SATRA TM 142 標(biāo)準(zhǔn)要求沖擊頭尺寸為直徑45 mm、頂部圓弧半徑為37.5 mm（如圖2 所示），而GB/T 38012 標(biāo)準(zhǔn)則要求前掌沖擊頭尺寸為85 mm×50 mm、球冠高度5 mm；后跟沖擊頭尺寸為直徑50 mm、球冠高度5 mm（如圖3 所示）。

圖1 沖擊頭1

圖2 沖擊頭2

圖3 沖擊頭3

所以，不同標(biāo)準(zhǔn)對傳感器的種類，以及沖擊頭的形狀尺寸等要求都不盡相同。為了提高設(shè)備的適用性，滿足更多客戶對鞋類減震性能的檢測需求，擴(kuò)大設(shè)備檢測性能的多樣性，本研究對設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使其能滿足不同標(biāo)準(zhǔn)對傳感器和沖擊頭以及其它性能的需求。且使其更換簡單，操作方便。相應(yīng)沖錘的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4、圖5、圖6 所示。

圖4 為符合GB/T 24152 和ASTM F 1976 標(biāo)準(zhǔn)的沖錘結(jié)構(gòu)圖，圖5 為符合SATRA TM 142 標(biāo)準(zhǔn)的沖錘結(jié)構(gòu)圖，圖6為符合GB/T 38012 標(biāo)準(zhǔn)的沖錘結(jié)構(gòu)圖。各種標(biāo)準(zhǔn)的沖錘都能與設(shè)備的沖擊連桿連接（如圖7 所示），且各種沖錘連接頭的內(nèi)孔尺寸都相同，所以能非常方便的進(jìn)行更換。

圖4 沖錘結(jié)構(gòu)1

圖5 沖錘結(jié)構(gòu)2

圖6 沖錘結(jié)構(gòu)3

多功能試驗機(jī)內(nèi)部部件連接方式如圖7 所示，當(dāng)需要進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)測試時，只需將相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的沖錘更換并與連桿連接牢固即可，其操作十分簡單方便，然后選擇對應(yīng)的程序便能滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的測試，極大地提高了本機(jī)的多用性能，使其能滿足更多客戶的檢測需求。

圖7 多功能試驗機(jī)內(nèi)部部件連接方式

同時，根據(jù)測試要求，研究結(jié)合軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)測試結(jié)果輸出的多樣化。

3 結(jié)論

研究開發(fā)的減震試驗機(jī)，同時滿足GB/T 30907-2014、GB/T 38012-2019、GB/T 38018-2019、ASTM F 1976、SATRA TM 142 等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)測試要求，實(shí)現(xiàn)了鞋類減震試驗機(jī)測試功能的多樣化。