Исследование и разработка метода расчета стелечного узла для профилактики продольного плоскостопия

Ученые прогнозируют, что 21 век будет характеризоваться широкими исследованиями и разработками, направленными на дальнейшую гуманизацию окружающей человека среды. В этой связи особую актуальность I/ приобретают разработки эргономичной обуви, обеспечивающей большую комфортность при носке, профилактику и коррекцию наиболее распространенных отклонений и заболеваний стопы и всего опорно-двигательного аппарата человека. Под эргономичной обувью будем понимать обувь, конструкция которой создает наибольшую комфортность при носке, ') профилактику возможных заболеваний стопы, коррекцию начальных лл-г 0 «отклонений и изменений от нормы и, в частности, эргономичная обувь ^ обеспечивает профилактику и коррекцию продольного плоскостопия.

Объектом исследования является процесс взаимодействия стопы носчика с системой низа обуви, содержащей корригирующие элементы, предназначенные для коррекции и предупреждения прогрессивного развития продольного плоскостопия в более отягощенные стадии.

Предмет исследования — разработка конструкций корригирующих элементовподбор их упруго-геометрических характеристик, обеспечивающих заданный ^¡-эовень профилактики продольного плоскостопия.

Л л ->*.

В основе теории проектирования системы низа обуви должны лежать гф.

Ь" исходные положения, предопределяющие направления синтеза комфортной и функционально оправданной системы низа обуви.

В настоящее время эти положения, часто формулируемые как требования, отражающие в основном защитные (от механических повреждений, экстремальных температур), гигиенические (паро-воздухопроницаемость) и ^ эстетико-экономические функции, которыми должна обладать система низа < обуви. V.:. ." Л ^ '.

При этом передаточные функции системы низа обуви, обеспечивающие накопление, отвод и перераспределение силового потока (энергии), возникающего при взаимодеиствии стопы с опорной поверхностью, не нашли должного освещения в научно-технической литературе.

Существующие конструкции обуви за исключением специальной ортопедической не отражают возрастных изменений стопы, которым ^ подвержено практически все населениехарактеристики взаимодействия и, х сР" плантарной части стопы и стелечного узла находятся в зоне запредельных пиковых нагрузок, что вызывает перекрытие кровеносных сосудов, отсутствует механизм профилактики плоскостопия и др. Все это влечет за собой появление болезненных ощущений при ходьбе и в положении стоя, снижает трудоспособность и ведет к патологическим изменениям всего опорно-двигательного аппарата.

По данным отечественных и зарубежных исследователей процент населения, страдающих различными степенями продольного плоскостопия, колеблется в пределах от 6 до 14%, что в числовом выражении для населения.

Г '" «Л.

Земли в 1998 г. составило 300 — 700 млн. человек.

Создание профилактической обуви ведется чисто эмпирическим путем, базирующимся исключительно на опыте разработчиков. Подбор упруго-геометрических характеристик корригирующих элементов производится по субъективным ощущениям пациента, что делает процесс подгонки обуви весьма длительным и трудоемким. Актуальной становится проблема создания научно-обоснованной методики проектирования профилактической обуви, компьютерного дизайна, позволяющего существенно сократить сроки создания профилактической обуви, что особенно важно для детей.

Задача проектирования системы низа на первом этапе сводилась к установлению необходимого и достаточного набора силовых параметров в функции времени и контактного пространства стопы и диапазона их, допустимых по критерию физиологической оправданности значенийна втором этапе — к разработке конструкции, планиметрии контактных поверхностей, подбору пакета материалов, геометрии сечений, обеспечивающих формирование и прохождение к стопе силового потока в заданных ограничениях.

Объединяются эти две задачи набором математических моделей, связывающих силовой поток, поступающий к опорно-двигательному аппарату через передаточные характеристики системы низа обуви, начальные и и о граничные условия с реакциями жесткой опорной поверхности.

В работе предпринята попытка на основе анализа научно-технических разработок эргономичной обуви, активно ведущихся в последнее десятилетие во всех развитых странах мира, исследований и проектных решений создать методику расчета конструкций систем низа обуви, обеспечивающей профилактику и коррекцию продольного плоскостопия.

Поставленные задачи решались аналитически, численными и экспериментальными методами с широким привлечением аппарата технической механики, современной диагностической аппаратуры с множеством (более 3800) гидростатических первичных измерительных преобразователей, с использованием промышленными персональных ЭВМ.

Результаты исследований апробированы на Московской фабрике ортопедической обуви и на обувной фабрике «Клиант» г. Клин, Московской области. Как показали испытания разработанная эргономичная обувь оказалась приемлемой для многочисленной группы населения, в первую очередь, лиц пожилого возраста, которые получили удобную недорогую обувь, позволяющую избежать каких-либо отрицательных воздействий на стопу как при ходьбе, так и в положении стоя.

В работе сделана попытка осуществить приспособление, гуманизацию ч овдельного широко используемого предмета окружающей человека среды-обуви для нужд и удобств самого человека и совершенствовать разработку и реализацию проектирования здоровье сберегающей обуви. У.

Заключение

.

1 .По данным различных информационных источников продольным плоскостопием страдают от 6 до 14% населения, что в глобальном масштабе для населения Земли составляет 300 — 700 млн. человек.

Предлагаемая профилактическая обувь призвана существенно сократить количество лиц, страдающим продольным плоскостопием, предупредить его прогрессирующее развитие, особенно в отягчающие формы его проявления.

2.Составлена классификация стелечных узлов обуви для профилактики и коррекции продольного плоскостопия, позволившая упорядочить многочисленный массив данных патентных и литературных источников, обеспечить проектировщику эффективный инструмент направленного поиска приемлемого конструкторского решения в рассматриваемой области .

3.Установлена причинно — следственная связь появления продольного плоскостопия, выявлены системообразующие элементы, управляющие переменные воздействием которых ослабляется развитие патологии плоскостопия и его негативных последствий.

4. Дано функциональное, морфологическое и информационное описание стопы во взаимодействии с корригирующими элементами, позволившее раскрыть представление об объекте исследования, осуществить терминологическую формализацию, что необходимо для последующей разработки математической модели процесса.

5. Определена область ограничения функционирования модели взаимодействия стопы с корригирующим элементом, в частности составлена по экспериментальным данным, карта порогов болевых ощущений на плантарной поверхности стопы, уточнены параметры внешнего силового нагружения.

6. Определены зависимости максимального давления на плантарной поверхности стопы и площади опоры от массы носчикаустановлено, что прирост максимального давления опережает увеличение площади в 1,4 раза, что переводит задачу создания профилактической обуви в разряд остроактуальных для лиц с избыточной массой тела.

7. Составлена математическая модель взаимодействия стопы с корригирующим элементом и упругим подпальцевым упором .

8. Определены параметры модели, в частности, коэффициенты нагрузки на стопу и динамичности в фазе полного контакта стопы с опорой, составившие Кн = Кд = 0,86 — коэффициенты жесткости стягивающей свод стопы эквивалентной мышцы и ее составляющих, представленных пропорциональным рядом: Сэкв: Ск: Са :СМ = 1: 0,25: 0,29: 0,46 и др.

9. Определены функции и построены характеристики изменения сил растяжения упругой стяжки по ее длине для типовых схем нагружения с использованием корригирующих элементов.

10. Разработаны методы силового расчета корректирующего продольное плоскостопие стелечного узла, состоящего из корригирующего элемента в подсводовой зоне стопы и упругого подпальцевого упора, что позволяет создать профилактическую обувь, препятствующую развитию плоскостопия, переходу его в более отягощающие стадии.