鋼勾心自身因素對(duì)剛度的影響

劉國(guó)亮，鄧成亮

（1.廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東廣州510102；2.國(guó)家皮革制品質(zhì)量檢驗(yàn)中心（廣東），廣東廣州510110）

前言

勾心，是鞋的重要組成部分，是“架起”鞋前掌著力點(diǎn)和后跟中心的橋梁，在穿著時(shí)，使成鞋在三維立體空間內(nèi)保持總體設(shè)計(jì)時(shí)固有的形態(tài)不發(fā)生變化[1]。用于制作勾心的材料很多，其中較好地增加鞋的穩(wěn)定性和增強(qiáng)腰窩部位強(qiáng)度的是鋼（鐵）勾心，20世紀(jì)60年代起，隨著我國(guó)機(jī)械化生產(chǎn)的推廣，鞋類(lèi)制造行業(yè)開(kāi)始廣泛使用鋼（鐵）勾心[2]。

近年來(lái)，隨著人們生活水平提高，消費(fèi)者對(duì)皮鞋、皮涼鞋等鞋子的需求越來(lái)越大，同樣的，對(duì)作為鞋子的主要支撐的勾心而言，對(duì)其性能要求越來(lái)越高。而在針對(duì)所有鋼勾心的性能測(cè)試中，縱向剛度是衡量勾心安全質(zhì)量的重要指標(biāo)。目前，我國(guó)主要有GB/T 3093.34-2008《鞋類(lèi)勾心試驗(yàn)方法縱向剛度》[3]和 QB/T 1813-2000《皮鞋勾心縱向剛度試驗(yàn)方法》[4]兩個(gè)規(guī)定了鋼勾心縱向剛度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，因此，在各類(lèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的鞋類(lèi)產(chǎn)品日常檢測(cè)中，針對(duì)鋼勾心的剛度測(cè)試也主要是用這兩個(gè)方法。

目前國(guó)內(nèi)鋼勾心縱向剛度影響因素的研究，主要集中在測(cè)試過(guò)程中的因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，如劉顯奎等[5]以及趙振普[6]從不同的角度，介紹了縱向剛度試驗(yàn)方法中的影響因素，王家宏[7-8]開(kāi)展了后夾具、前端夾持位置和儀器結(jié)構(gòu)對(duì)縱向剛度測(cè)試結(jié)果影響的研究，雷大鵬等[9]通過(guò)大量檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析比較了鋼勾心的參數(shù)對(duì)縱向剛度的影響，較少涉及鋼勾心自身因素對(duì)剛度影響的研究。

本文通過(guò)研究鋼勾心自身因素，即筋高、厚度、蹺度和筋寬對(duì)剛度的影響，為提高鋼勾心剛度以及鋼勾心的選取提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

皮鞋勾心縱向剛度試驗(yàn)儀，GT-7050，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司；游標(biāo)卡尺，（0～150）mm，分度值 0.02mm，上海量具刃具廠有限公司。

1.2 試驗(yàn)材料

質(zhì)地均勻的I型鋼勾心（原始寬度均為14mm），厚度為 1.0mm，1.2mm，1.4mm 共3種；筋高（筋高是指勾心加強(qiáng)筋頂點(diǎn)到勾心背面底部的垂直距離，如圖1所示）為0mm，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5 mm 共 6 種；蹺度[9]為 0，0.06，0.09，0.12 共4種，每種鋼勾心3根。

圖1 鋼勾心截面測(cè)量示意圖

1.3 試驗(yàn)方法

依據(jù)QB/T 1813-2000《皮鞋勾心縱向剛度試驗(yàn)方法》[4]，每根樣品測(cè)試3，取9次測(cè)試的平均值作為測(cè)試結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

由于鋼勾心寬度較為固定，一般為14mm左右，而且從雷大鵬等[9]的文獻(xiàn)可知寬度對(duì)剛度的影響不大，因此，本文不對(duì)寬度進(jìn)行探討，僅從筋高、厚度、蹺度三個(gè)主要自身因素及力臂長(zhǎng)度進(jìn)行討論。

圖2 筋高與剛度的關(guān)系

圖3 厚度與剛度的關(guān)系

圖4 蹺度與剛度的關(guān)系（力臂66mm）

圖5 蹺度與剛度的關(guān)系（力臂55mm）

2.1 筋高的影響

選取厚度為 1.0、1.2、1.4 mm，蹺度為0的鋼勾心，力臂長(zhǎng)度66 mm，分別測(cè)試0 mm，0.5 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm和2.5 mm筋高下的剛度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

由圖2可知，筋高對(duì)剛度的影響顯著，筋高在0～1.5 mm時(shí)，呈線性關(guān)系，且隨筋高的增加剛度也隨之增長(zhǎng)，此時(shí)的增長(zhǎng)斜率較為平緩，當(dāng)筋高增加到2.0 mm時(shí)，勾心剛度急劇增加，增長(zhǎng)率達(dá)80%以上，而當(dāng)筋高繼續(xù)增加到2.5時(shí)，勾心剛度的增長(zhǎng)又趨于平緩，從以上分析可知，隨著筋面高度的增加，鋼勾心剛度值也增大，而且這種增長(zhǎng)在筋高1.5 mm～2.0 mm之間呈跳躍式增長(zhǎng)，而后繼續(xù)增長(zhǎng)。另外，三種不同厚度的鋼勾心在筋高與剛度的關(guān)系上增長(zhǎng)趨勢(shì)一致，但是在筋高1.5 mm以后，剛度逐漸接近。同樣的，不同蹺度條件下，同樣表現(xiàn)去這樣的趨勢(shì)。

2.2 厚度的影響

鋼勾心樣品有3種厚度，分別是1.0 mm，1.2 mm和1.4 mm。同樣在力臂66 mm、蹺度為0時(shí)，不同筋高下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在其他因素相同的情況下，厚度與鋼勾心剛度的關(guān)系在筋高1.5mm以下時(shí)，厚度對(duì)剛度有影響，即厚度越厚，剛度值越高，但筋高在2.0 mm以上時(shí)，厚度對(duì)剛度幾乎無(wú)影響，即厚度越后，剛度值基本無(wú)變化，也就是說(shuō)筋高超過(guò)2.0 mm時(shí)，對(duì)剛度起決定作用的是筋高，厚度的影響很小?？偠灾?，在筋高較小時(shí)，厚度與剛度呈正相關(guān)；但當(dāng)筋面高度達(dá)到一定程度時(shí)，鋼勾心厚度大小對(duì)縱向剛度值的影響基本無(wú)影響。

2.3 蹺度的影響

選取厚度為1.4 mm，筋高1.0 mm和1.5 mm，力臂55 mm和66 mm的試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4和圖5。

從圖4和圖5可以看出，蹺度對(duì)勾心剛度也有影響，隨著蹺度增加，剛度先增加，蹺度為0.09時(shí)，剛度達(dá)到最大值，而后隨蹺度增大而減小，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是力臂的測(cè)量方式導(dǎo)致的，勾心標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)力臂長(zhǎng)度的測(cè)量是這樣規(guī)定的：“測(cè)量后夾具前邊緣與前夾具后邊緣之間的距離，勾心上、下表面各測(cè)一次，取平均值作為力臂長(zhǎng)度”，見(jiàn)圖6，也就是說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)量出來(lái)的力臂長(zhǎng)度是后夾具與前夾具直接的直線距離，當(dāng)蹺度為0時(shí)，力臂長(zhǎng)度與勾心實(shí)際長(zhǎng)度相同，而當(dāng)蹺度大于0時(shí)，勾心實(shí)際長(zhǎng)度大于力臂長(zhǎng)度，蹺度越大，勾心越彎曲，實(shí)際長(zhǎng)度比力臂長(zhǎng)度更長(zhǎng)；從勾心的受力情況（見(jiàn)圖7）可以看出，當(dāng)蹺度為0時(shí)，加載砝碼產(chǎn)生的力與勾心測(cè)試點(diǎn)的法向夾角α=0，勾心產(chǎn)生的分力f=0，則砝碼產(chǎn)生的力全部作用在測(cè)試點(diǎn)上，當(dāng)蹺度大于0時(shí)，α大于0，勾心產(chǎn)生的分力f也大于0，即有一部分砝碼產(chǎn)生的力被彎曲勾心的分力抵消，則撓度逐漸變小，剛度逐漸變大，當(dāng)蹺度大于一定值以后，即勾心彎曲到一定程度后，α繼續(xù)增大，而勾心分力f又逐漸變小，則撓度逐漸變大，剛度又隨之逐漸變小。

2.4 筋寬的影響

測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)力臂長(zhǎng)度對(duì)剛度的影響較大，通過(guò)對(duì)勾心的觀察和測(cè)量發(fā)現(xiàn)，勾心的截面形狀并不是一層不變的，而是隨著力臂的增加不斷變化，取標(biāo)稱(chēng)筋高1.5 mm、蹺度 0.06、厚度 1.4 mm 的勾心，測(cè)量其筋高、筋寬、勾心寬度、剛度值，力臂與筋高、筋寬、勾心寬度、剛度之間的尺寸關(guān)系見(jiàn)表1。

通過(guò)表1可知，隨著力臂的增加，勾心寬度先減小后增加，筋高先增加后減小，筋寬和剛度則逐步增加，這與王家宏[8]得出的結(jié)論一致。將筋高放大10倍，筋寬放大2倍，剛度縮小100倍后，其與力臂的關(guān)系見(jiàn)圖8和圖9。

從圖8可知勾心寬度與筋高呈負(fù)相關(guān)，即筋高增加是以勾心寬度的縮小來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由圖9可知，力臂與筋寬呈正相關(guān)，剛度與筋寬亦呈正相關(guān)，且力臂在30 mm以下時(shí)無(wú)法確定筋高和筋寬誰(shuí)對(duì)剛度起主要作用，而力臂在30 mm以上時(shí)筋寬對(duì)剛度的增加起了決定性的作用，整體上而言，力臂增加，筋寬增加，剛度也增加。

表1 力臂與筋高、筋寬、勾心寬度、剛度之間的關(guān)系

圖8 力臂與寬度、筋高的關(guān)系

圖9 力臂與筋寬、剛度的關(guān)系

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)勾心筋高、厚度、蹺度及筋寬的分析，得出如下結(jié)論：

1)筋高對(duì)勾心剛度的影響顯著，可通過(guò)增加筋高提高勾心剛度，同時(shí)可通過(guò)測(cè)量筋高判定勾心的大致剛度值；

2)在筋高1.5 mm以下時(shí)，可通過(guò)增加厚度來(lái)提高勾心剛度；

3)一定蹺度范圍內(nèi)，勾心剛度與蹺度呈正相關(guān)，對(duì)于高跟鞋可適當(dāng)提高蹺度增加勾心剛度；

4）力臂越長(zhǎng)，筋寬越大，剛度越大，從而導(dǎo)致同一條勾心在不同位置的剛度不同，因此，需在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定力臂長(zhǎng)度。

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[1]張俊華.楊文杰.皮鞋勾心的作用與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)皮革；2003.32(2)∶114-115.

[2]林芳.黃秋蘭.陳競(jìng)新.等.皮鞋鋼勾心縱向剛度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比及其測(cè)量不確定度分析[J].西部皮革，1671-1602(2010)∶11-0047-04.

[3]GB/T 3093.34-2008,鞋類(lèi)勾心試驗(yàn)方法縱向剛度[S].

[4]QB/T 1813-2000,皮鞋勾心縱向剛度試驗(yàn)方法[S].

[5]劉顯奎,閆宏偉,李偉明,等.鋼勾心縱向剛度檢測(cè)方法中影響因素的研究 [J].中國(guó)皮革,2012(18)∶137-140.

[6]趙振普.勾心抗彎剛度測(cè)試中影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素[J].科技探索,2013(11)∶132.

[7]王家宏.后夾具對(duì)勾心抗彎剛度測(cè)試的影響探討[J].中國(guó)皮革,2011(16)∶73-75.

[8]王家宏,張志樂(lè),張素璇.儀器結(jié)構(gòu)對(duì)勾心縱向剛度測(cè)試結(jié)果的影響 [J].中國(guó)皮革,2016(02)∶50-53.

[9]雷大鵬,劉強(qiáng),毛小慧,等.影響鋼勾心縱向剛度的因素及其機(jī)制 [J].中國(guó)皮革,2014(22)∶117-121.