钢勾心自身因素对刚度的影响

2018-03-01刘国亮邓成亮

西部皮革 2018年1期

刘国亮，邓成亮

（1.广州质量监督检测研究院，广东广州510102；2.国家皮革制品质量检验中心（广东），广东广州510110）

前言

勾心，是鞋的重要组成部分，是“架起”鞋前掌着力点和后跟中心的桥梁，在穿着时，使成鞋在三维立体空间内保持总体设计时固有的形态不发生变化[1]。用于制作勾心的材料很多，其中较好地增加鞋的稳定性和增强腰窝部位强度的是钢（铁）勾心，20世纪60年代起，随着我国机械化生产的推广，鞋类制造行业开始广泛使用钢（铁）勾心[2]。

近年来，随着人们生活水平提高，消费者对皮鞋、皮凉鞋等鞋子的需求越来越大，同样的，对作为鞋子的主要支撑的勾心而言，对其性能要求越来越高。而在针对所有钢勾心的性能测试中，纵向刚度是衡量勾心安全质量的重要指标。目前，我国主要有GB/T 3093.34-2008《鞋类勾心试验方法纵向刚度》[3]和 QB/T 1813-2000《皮鞋勾心纵向刚度试验方法》[4]两个规定了钢勾心纵向刚度测试的标准，因此，在各类检测机构的鞋类产品日常检测中，针对钢勾心的刚度测试也主要是用这两个方法。

目前国内钢勾心纵向刚度影响因素的研究，主要集中在测试过程中的因素对测试结果的影响，如刘显奎等[5]以及赵振普[6]从不同的角度，介绍了纵向刚度试验方法中的影响因素，王家宏[7-8]开展了后夹具、前端夹持位置和仪器结构对纵向刚度测试结果影响的研究，雷大鹏等[9]通过大量检测数据的分析比较了钢勾心的参数对纵向刚度的影响，较少涉及钢勾心自身因素对刚度影响的研究。

本文通过研究钢勾心自身因素，即筋高、厚度、跷度和筋宽对刚度的影响，为提高钢勾心刚度以及钢勾心的选取提供参考。

1 试验

1.1 试验仪器

皮鞋勾心纵向刚度试验仪，GT-7050，高铁检测仪器（东莞）有限公司；游标卡尺，（0～150）mm，分度值 0.02mm，上海量具刃具厂有限公司。

1.2 试验材料

质地均匀的I型钢勾心（原始宽度均为14mm），厚度为 1.0mm，1.2mm，1.4mm 共3种；筋高（筋高是指勾心加强筋顶点到勾心背面底部的垂直距离，如图1所示）为0mm，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5 mm 共 6 种；跷度[9]为 0，0.06，0.09，0.12 共4种，每种钢勾心3根。

图1 钢勾心截面测量示意图

1.3 试验方法

依据QB/T 1813-2000《皮鞋勾心纵向刚度试验方法》[4]，每根样品测试3，取9次测试的平均值作为测试结果。

2 结果与讨论

由于钢勾心宽度较为固定，一般为14mm左右，而且从雷大鹏等[9]的文献可知宽度对刚度的影响不大，因此，本文不对宽度进行探讨，仅从筋高、厚度、跷度三个主要自身因素及力臂长度进行讨论。

图2 筋高与刚度的关系

图3 厚度与刚度的关系

图4 跷度与刚度的关系（力臂66mm）

图5 跷度与刚度的关系（力臂55mm）

2.1 筋高的影响

选取厚度为 1.0、1.2、1.4 mm，跷度为0的钢勾心，力臂长度66 mm，分别测试0 mm，0.5 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm和2.5 mm筋高下的刚度，测试结果见图2所示。

由图2可知，筋高对刚度的影响显著，筋高在0～1.5 mm时，呈线性关系，且随筋高的增加刚度也随之增长，此时的增长斜率较为平缓，当筋高增加到2.0 mm时，勾心刚度急剧增加，增长率达80%以上，而当筋高继续增加到2.5时，勾心刚度的增长又趋于平缓，从以上分析可知，随着筋面高度的增加，钢勾心刚度值也增大，而且这种增长在筋高1.5 mm～2.0 mm之间呈跳跃式增长，而后继续增长。另外，三种不同厚度的钢勾心在筋高与刚度的关系上增长趋势一致，但是在筋高1.5 mm以后，刚度逐渐接近。同样的，不同跷度条件下，同样表现去这样的趋势。

2.2 厚度的影响

钢勾心样品有3种厚度，分别是1.0 mm，1.2 mm和1.4 mm。同样在力臂66 mm、跷度为0时，不同筋高下的测试结果见图3。

由图3可知，在其他因素相同的情况下，厚度与钢勾心刚度的关系在筋高1.5mm以下时，厚度对刚度有影响，即厚度越厚，刚度值越高，但筋高在2.0 mm以上时，厚度对刚度几乎无影响，即厚度越后，刚度值基本无变化，也就是说筋高超过2.0 mm时，对刚度起决定作用的是筋高，厚度的影响很小。总而言之，在筋高较小时，厚度与刚度呈正相关；但当筋面高度达到一定程度时，钢勾心厚度大小对纵向刚度值的影响基本无影响。

2.3 跷度的影响

选取厚度为1.4 mm，筋高1.0 mm和1.5 mm，力臂55 mm和66 mm的试验条件进行测试，其测试结果见图4和图5。

从图4和图5可以看出，跷度对勾心刚度也有影响，随着跷度增加，刚度先增加，跷度为0.09时，刚度达到最大值，而后随跷度增大而减小，出现这种结果的原因可能是力臂的测量方式导致的，勾心标准中对力臂长度的测量是这样规定的：“测量后夹具前边缘与前夹具后边缘之间的距离，勾心上、下表面各测一次，取平均值作为力臂长度”，见图6，也就是说标准中测量出来的力臂长度是后夹具与前夹具直接的直线距离，当跷度为0时，力臂长度与勾心实际长度相同，而当跷度大于0时，勾心实际长度大于力臂长度，跷度越大，勾心越弯曲，实际长度比力臂长度更长；从勾心的受力情况（见图7）可以看出，当跷度为0时，加载砝码产生的力与勾心测试点的法向夹角α=0，勾心产生的分力f=0，则砝码产生的力全部作用在测试点上，当跷度大于0时，α大于0，勾心产生的分力f也大于0，即有一部分砝码产生的力被弯曲勾心的分力抵消，则挠度逐渐变小，刚度逐渐变大，当跷度大于一定值以后，即勾心弯曲到一定程度后，α继续增大，而勾心分力f又逐渐变小，则挠度逐渐变大，刚度又随之逐渐变小。