Міністерство освіти і науки україни

Київський національний університет технологій та дизайну

Черепахіна раїса Зіннатівна

УДК 685.65.001.89

Розробка спеціального взуття для шахтарів

Спеціальність 05.19.06 – технологія взуттєвих та шкіряних виробів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор,

Коновал Віктор Павлович,

Київський національний університет технологій та дизайну,

завідуючий кафедрою конструювання та технології виробів із шкіри.

Офіційні опоненти: – доктор технічних наук, професор,

Либа Володимир Петрович,

Хмельницький національний університет,

завідуючий кафедрою конструювання та технології виробів із шкіри;

– кандидат технічних наук, доцент,

Половников Ігор Іванович,

Український науково-дослідний інститут шкіряно-взуттєвої промисловості,

директор.

Провідна установа: Львівська комерційна академія, Міністерство освіти і науки України, м. Львів

Захист відбудеться “23” червня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ – 11, вул. Немировича – Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету технології та дизайну за адресою: 01601, м. Київ – 11, вул. Немировича – Данченка, 2.

Автореферат розісланий “18” травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Н.В. Первая

Загальна характеристика роботи

Актуальність. Основним завданням взуттєвої промисловості є виготовлення високоякісних товарів, які б відповідали як споживчим, так і промисловим вимогам.

Дослідження щодо створення раціонального взуття в нашій країні та за кордоном проводяться давно. Аналіз існуючих конструкцій взуття спеціального призначення показав, що вітчизняне взуття не в повній мірі комфортне і не відповідає експлуатаційним вимогам. А закордонні зразки необхідно випробувати в умовах експлуатації на промислових підприємствах України, що є окремою дослідною роботою.

Методи створення спеціального взуття, що відомі у вітчизняній практиці, не стандартизовані і є сукупністю окремих методів, застосованих дослідниками вільно, у залежності від їх думки , тоді як найбільш важливими вихідними при проектуванні такого взуття повинні бути думки споживачів.

Сьогодні в основному оцінку якості взуття виробники проводять при дослідному носінні його, проте в методиці не передбачається використання можливостей кількісної оцінки носіями ступеня відповідності ергономічним і експлуатаційним вимогам. Крім того, при підготовці технічних умов ( ТУ ) на взуття ці вимоги приймаються в апріорі. Створення такої методики на основі експертних оцінок якісних показників, а потім ТУ на конструкцію і технологію є новим напрямком у взуттєвій галузі.

Для досягнення поставленої мети в роботі проведено дослідження умов експлуатації існуючого взуття.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась відповідно до наукового напрямку ДБ-022 та ДБ-027 “Теоретичні основи технологічних процесів виготовлення взуття спеціального призначення з використанням матеріалів вітчизняного виробництва”, які входили в тематичний план НДДКР Міністерства освіти і науки України (2000-2004рр.).

Мета і задачі дослідження. Основна мета роботи полягає у розробці методики створення ергономічного спецвзуття для шахтарів на основі соціологічних досліджень, аналізу умов праці, а також досліджень раціональної конструкції та технології його формоутворення.

Для досягнення поставленої мети були намічені такі задачі:

а) вивчити умови експлуатації взуття у вугільних шахтах;

б) провести соціологічні дослідження хвороб і травм стоп у шахтарів;

в) встановити комплекс вимог до матеріалів, а також до конструкції спецвзуття;

г) скласти ієрархію вимог до спецвзуття і розробити критерії відповідності їм;

д) дослідити та визначити необхідні матеріали, раціональні параметри щодо технології формоутворення взуття для шахтарів;

є) створити конструкцію, виготовити дослідну партію та провести перевірку відповідності базової моделі ергономічним і експлуатаційним показникам у реальних виробничих умовах.

Об’єкт дослідження – процес підвищення ергономічних та експлуатаційних показників якості спеціального взуття на базі розробки та впровадження методики визначення коефіцієнта комфортності.

Предмет дослідження – створити математичну модель інтегрального показника якості – коефіцієнта комфортності і на його основі розробити конструкцію та технологію взуття для шахтарів.

Наукова новизна.

·

·

·

·

·

Практичне значення одержаних результатів.

Створена універсальна методика розробки комфортного спецвзуття для шахтарів дає можливість розробляти нові зразки з високими ергономічними і експлуатаційними показниками.

·

·

·

Практична значимість роботи підтверджується патентом на промисловий зразок за заявою № 2003081418 від 05.08.03 і впровадженням результатів роботи на взуттєвому підприємстві СП “Зенкіс” та в реальних виробничих умовах шахти “Ломуватська” Луганської області.

Теоретичні і практичні результати роботи використовуються в лекційних розділах предмету “Технологія виробів із шкіри” в БТЕТ (Брянківський технолого-економічний технікум).

Програмне забезпечення, що було розроблено для апріорного рангування факторів під час досліджень, можна впровадити в навчальний процес ВНЗ ІІІ-ІV рівнів акредитації і використовувати як інструмент для подальших наукових досліджень при створенні нових зразків взуття.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні теоретичних і експериментальних задач. За безпосередньою участю автора розроблені методики досліджень, наукові положення планування і проведення експерименту з вивчення вимог до нового взуття та дослідного носіння, а також обробка отриманих даних. Автору належать основні ідеї щодо створення алгоритму базової методики розробки конструкції взуття для шахтарів та технології його виготовлення, узагальнення, висновки.

Апробація результатів роботи. Основні теоретичні та експериментальні положення, результати роботи доповідалися на наукових конференціях студентського та професорсько-викладацького складу КНУТД (2000-2004рр.).

Публікація. За темою дисертації було підготовлено 8 наукових робіт, в тому числі 1 науковий звіт з теми ДВ-027 (за 0102U005506), серед них опубліковано - 5, в тому числі 3-у виданнях, що входять до переліку ВАК України та 1 патент.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу та 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків.

Робота надрукована на 118 сторінках, містить 14 рисунків, 42 таблиць, 107 найменувань використаних джерел та 81 сторінок додатків.

Загальний обсяг дисертації становить 199 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації: в ній поданий аналіз стану проблеми, сформульовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, визначено мету і задачі дослідження.

В першому розділі проведено аналіз умов експлуатації взуття у вугільних шахтах, який показав, що основними небезпечними і шкідливими виробничими факторами для стоп робітників шахт є: несприятливі метеорологічні умови, вугільний пил, забруднена шахтна вода, низька освітленість, незручність доріг, великий кут нахилу у виробках, залізничні рейки, шматки порід тощо. Вплив вищеназваних факторів є основною причиною підвищеної стомлюваності і численних травм стоп шахтарів.

Проведений загальний аналіз типових травм і хвороб стоп у шахтарів показав, що два з трьох страждають від проблем зі стопами. За даними обстеження шахтарів Луганської області виявлені такі хвороби стоп: шкірні захворювання, мозолі, ревматизм, артрити, скривлені фаланги пальців та ін.

Встановлено, що рівень захворюваності стоп у шахтарів значною мірою обумовлений незадовільною якістю або відсутністю спецвзуття. Загальний стан шахтарів залежить не лише від умов носіння взуття, але і його конструкції та матеріалів.

Попередні соціологічні дослідження дозволили вивчити думку конкретних носіїв стосовно вимог до комфортного взуття і створити ієрархію факторів, які задовольнять ці вимоги.

Відмічено ряд робіт з пошуку методів розробки взуття спеціального призначення. Проте, незважаючи на значну кількість здійснених досліджень в галузі проектування взуття, в них немає достатньої обґрунтованості критеріїв його комфортності.

Опрацьовані літературні джерела наукової та технічної інформації дозволили сформулювати мету роботи, обгрунтувати необхідність проведення комплексу теоретичних і експериментальних досліджень.

В другому розділі в основному наведені теоретичні дослідження процесу визначення комфортності спеціального взуття на передпроектній стадії його створення.

В роботах Либи В.П., Ченцової К.И., Коновала В.П., Горбачека В.Е., Фукіна В.А., Калити А.М. та інших показано, що головними критеріями комфортності взуття є відчуття і думка носіїв. Тому нова конструкція взуття проходить випробування в процесі дослідного носіння.

Найважливішою стороною в цій роботі є розробка методики кількісної оцінки показників комфортності. Оскільки суб’єктивна оцінка споживачів, за визначенням Забродіна Ю.М., Либи В.П., Євланова Л.Г., Бардина К.В. та інших близька за точністю до інструментальної, в роботі прийнято вважати, виходячи з теорії ймовірності, кількісну оцінку вибірки об’єктивною для генеральної сукупності носіїв.

Показано, що процес проектної розробки спецвзуття можна стандартизувати у вигляді чіткого алгоритму одним із перших етапів якого є визначення показників якості через опитування та аналізу органолептичних відчуттів носіїв. З використанням математичних методів апріорного рангування факторів при розрахунку коефіцієнтів узгодженості думок експертів, розроблений метод розрахунку комплексної оцінки комфортності.

Для перевірки цієї гіпотези вирішені такі завдання:

? розроблений метод кількісної оцінки відчуттів носіїв стосовно однієї вимоги. При цьому використана дискретна шкала відповідей, яка носить характер семантичного диференціалу (див.табл.1)

Таблиця 1

Приклад інтерпретації відповідей респондентів на запитання про відповідність взуття до певних вимог

Вимога: взуття повинно не пропускати вологу | Взуття пропускає вологу | Взуття трохи пропускає вологу | Важко визначити | Взуття майже не пропускає вологу | Взуття не пропускає вологу

Шкала семантичного диференціалу | Смислове значення | Ні | Скоріше ні | І так і ні | Скоріше так | Так

Числовий код відповіді | К-1 | К-2 | К-3 | К-4 | К-5

? розроблена техніка розрахунку відповідності взуття певній вимозі.

Запропоновано використовувати відсіюючий експеримент, що базується на присвоєнні рангів факторам. Прийнято приймати один фактор за найважливіший і давати йому ранг 1, а іншим – середнє з суми рангів, що залишаються (2+3+4+5)/4 =3,5.

Проранговані таким чином відповіді експертів опрацьовуються математичними методами і мають кількісне вираження. Методом апріорного рангування встановлюється ієрархія факторів і коефіцієнт конкордації (Wn), який обчислюється за формулою:

(1)

де

S – сума квадратів відхилень результуючих значень рангів від середнього арифметичного для всієї сукупності індивидів;

M – кількість експертів;

n – кількість рангованих факторів.

Статистичну значимість коефіцієнта конкордації перевірено за критерієм Пірсона, (?2):

(2)

Відповідність взуття певній вимозі на думку декількох експертів характеризується середньозваженим рангом Rn, який коливається від 1 до 5 і розраховується за формулою:

, (3)

де

Rn - середньозважений ранг оцінок всіх експертів відносно n-ї вимоги до взуття;

Xі - код відповіді по шкалі семантичного диференціалу на n – фактор (вимоги до взуття);

mі - кількість відповідей, які характеризують органолептичні відчуття експерта (кількість відповідей, що дорівнюють 1);

M – кількість експертів

Найбільш точною характеристикою на вимогу (фактору-вимог) буде середньозважений ранг оцінок відносно n-ї вимоги всіх експертів (Rn):

. (4)

Комплекс вимог оцінювали за середньою оцінкою (R) середньозважених значень Rn та Wn кожної вимоги

R =Rn/n=(Rn Wn)/ n=(((Xі mі)/M) Wn)/n, (5)

де

n – кількість вимог.

Для зручності перетворяли комплексний показник відповідності взуття до n-вимоги R у коефіцієнт відповідності взуття n-вимогам – KR, який коливатиметься в межах від 0 до 1.

КR =Rn/nk=(Rn Wn)/(nk) =(((Xі mі)/М) Wn)/(nk), (6)

де

k – максимальний бал рангової оцінки, що дорівнює 5.

Оцінка комфортності взуття має бути також і функцією від терміну носіння взуття, тобто

КR=f(Rn,Wn,T), (7)

де T – термін дослідного носіння взуття, дні (прийнято 1 зміну, 2, 3 та на 5-у зміну).

Коефіцієнт відповідності взуття до n-вимог (KR) за своєю прикладною сутністю є коефіцієнтом комфортності взуття KK, або, КR=KK=f(Rn,Wn,T).

Прийнято з врахуванням результатів інших дослідників, а також відомих коефіцієнтів зв’язку, наприклад, коефіцієнта кореляції, таку класифікацію критичних значень коефіцієнта конкордації:

Таблиця 2

Критичні значення Wn - коефіцієнта конкордації по n-й вимозі до взуття

Критичні значення Wn | Смислове значення Wn

0ч0,25 | Неузгоджені думки

0,26 ч 0,4 | Слабо узгоджені думки

0,41ч 0,6 | Середньо узгоджені думки

0,61ч 0,9 | Сильно узгоджені думки

0,91ч 1 | Дуже сильно узгоджені думки

Розрахунок критичних значень коефіцієнта КК в залежності від критичних значень Rn і Wn простий і відбувається згідно з формулою коефіцієнта відповідності взуття n-вимогам та логікою сутності інтервалів комфортності взуття. Якщо думки експертів зовсім не узгоджені чи слабо узгоджені, тобто Wn=[0?0,25], а середньозважене значення відповіді експертів відносно комфортності негативні (“ні“ та “скоріше ні”), тобто визначені Rn=[1;2] , то це означає, що взуття оцінюється за комфортністю по-різному або негативно, значить, воно не є комфортним.

Критичні значення коефіцієнта КК в залежності від критичних значень Rn розраховані за логікою формули 6, наприклад, якщо Wn=0, а Rn=1, то KK=(0х1)/5=0 або Wn=0,25, а Rn=1,1, то KK=(0,25х1,1)/5=0,055 і т.д.

При визначенні кількості експертів керувались правилами соціологічних досліджень, фокус-групових інтерв’ю й експертних опитувань. Очевидно, що релевантність рангування залежить не стільки від кількісного складу респондентів-експертів, скільки від якісного. Чим більш кваліфіковані експерти, тим потрібно їх менше.

Прийняли мінімальну (Мmin) кількість експертів рівною числу факторів (n), що визначились (17), а максимальну (Mmax) кількість потенційно (Мм) можливих експертів і коефіцієнта важливості факторів (?) тобто Мmax ??Mm. З врахуванням попередніх досліджень, коли більше 50% експертів вказали на важливість 9 (коефіцієнт важливості 0,5) факторів, а Mm?50 максимальна кількість може бути 25, але приймаємо 20.

Для розрахунків коефіцієнтів конкордації Wn і критерія ?2 по кожній n-вимозі і за кожним днем вимірювання критеріїв комфортності й інших показників розроблена програма для ПК “Рангування”.

Пропонується в подальшому керуватись наступною класифікацією взуття по рівню комфортності, яка враховує попередні дослідження та результати розрахунків:

Таблиця 3

Класифікація взуття по рівню комфортності

Термін носіння (дні) | Значення інтервалів КК | Рівень комфортності взуття

1 | 1?КК>0,72 | Висококомфортне

1ч3 | 1?КК>0,72 | Комфортне

2ч3 | 0,42< КК ?0,72 | Середньокомфортне

4ч5 | 0,42< КК ?1 | Середньокомфортне

1ч5 | 0,22< КК ?0,42 | Малокомфортне

1ч5 | КК?0,22 | Некомфортне

У третьому розділі розміщені роботи з розробки конструкції взуття для шахтарів на основі практичного визначення коефіцієнта комфортності. Спочатку були визначені вимоги до спецвзуття, в основу яких покладені відповіді експертів, що визначались, як в % відношенні по важливості, так і по коефіцієнту конкордації (Wn) і рангу (Rn).

Таблиця 4

Форма і приклад заповнення опитувального листа

Відповіді респондентів на запитання | Номери респондентів по картці обліку

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ... | 20

- не промокало | Х | Х

- було гнучким | Х | Х | Х

- носок дуже жорсткий | Х

- на замку | Х

- і т.д.

У такий спосіб був отриманий перелік основних вимог(n=17), що пред’являються до взуття респондентами.

Таблиця 5

Приклад відповіді 20 респондентів на запитання № 1: Від чого повинно захищати взуття в шахті? Назвіть якнайбільше вимог.

Фактор | Погодженість відповідей,%

Від води (частіше за все це брудна вода) | 100

Від ударів | 80

Від низької температури | 50

Від агресивного середовища (кислот, газів і т.д.) | 45

Від шахтного пилу | 40

Із відповідей на запитання встановили, що у шахтарів існують проблеми із конструкцією взуття. Зазвичай вони використовують гумові чоботи.

Потім проводили друге опитування із застосуванням методу апріорного рангування факторів (Rn) з розрахунком коефіцієнтів координації Wn.

Враховуючи величину узгодженості думок (Wn) та величину рангу (Rn) згрупували фактори за їх важливістю. Проте частина показників повторюється, що потребувало подальшої оптимізації ієрархії. З цією метою робили такі розрахунки:

Передбачали, що оцінка aj, яка дається Мj експертом ni фактору, не залежить від оцінок aij, що дається Мj експертом nij фактору. Тобто aij ?f(aij). Перевірка цього припущення була виконана шляхом аналізу відповідей на додаткові запитання, які належним чином формулювались і включались до спеціальної анкети.

Властивість транзитивності оцінок передбачає, що Мj експерт вважає ni фактор важливішим за фактор nj , а фактор nj важливішим за nк , тоді фактору nj

надається перевага над фактором nк. Формально, це можна представити, як:

(aij > aj i ) n (aij > aкj ) ? (aij> aкj). (8)

В загальному випадку групова оцінка ai кожного ni фактору залежить від оцінок експертів aij цього фактору і ступеня їх компетентності Vi . Ступінь компетентності Мi експерта враховує досвід і його кваліфікацію. Він є основною характеристикою експерта, що використовується при визначенні групових оцінок. Тому

ai = f(aij , Vi), j=1, 2, …, М, i= 1, 2, …, n. (9)

Проте, виконання умов рівняння не є гарантією правильного вибору. Це краще перевіряється за результатами знайдених оцінок. Вважаємо, що формулу 9 можна подати як:

ai = (Vi aij)/(Vi) або ai = (Vi aij / М), (10)

де

Vi – ступінь компетентності експертів.

Якщо вважати, що експерти мають 100% ступінь компетентності, тобто Vi=1, тоді розрахунки середніх оцінок відбуваються по окремому фактору (див.табл.6)

, (11)

де

бв- середнє значення усіх варіантів відповідей по фактору n;

в- ?ількість варіантів відповідей по фактору n1.

Тоді по розрахунку для фактору ?1 “стопа дуже пріє”.

(12)

Таблиця 6

Розрахунок середніх оцінок експертів по окремому фактору

Фактор, (a) | Додаткові запитання | Відредаговані відповіді, (?) | Оцінка експертів,%, (aij/М) | Середня оцінка експертів, %

Стопа дуже пріє | Де це при-зводить до дискомфор-ту? | Під головками плюсневих кісток | 95 |

84

Під склепінням | 95

На тилі стопи | 60

Такі розрахунки проводились по найважливішим факторам – вимогам до взуття, і на їх основі були сформовані критерії, які в рангованому вигляді є основою для технічного завдання нового виду взуття.

Виходячи з цих ієрархій вимог і проаналізувавши конструкції іноземних фірм і вітчизняних підприємств, були розроблені три нові моделі взуття. Усі моделі мають базову основу - чоловічі напівчоботи (рис.1) і розроблялись з врахуванням вимог комфортності та забезпечення експлуатаційних показників, як в обводнених, так і малообводнених шахтах. Велике значення надавалось вибору матеріалів і комплектуючих.

Так, для верху взуття досліджувались різні матеріали, а перевагу віддали натуральній шкірі “Велетень” Вознесенського шкірзаводу “Возко”. Встановлено, що її фізико-механічні і гігієнічні показники відповідають вимогам ГОСТ 12.4-164 для спецвзуття.

Формостійкість цієї шкіри визначили через деформаційні властивості. Об’єктом досліджень були союзки, що підлягали формостворенню на затяжній машині DVHZ-HE за методикою кафедри конструювання та технології виробів із шкіри КНУТД.

Досліджувались союзки, що були викроєні з чепрачної частини в повздовжньому напрямку (№1), поперечному (№2) і зразки з припільної частини шкіри (№3).

Графічний розподіл сумарної деформації союзки в повздовжньому і поперечному напрямках побудований на базі експериментальних даних на ПЕОМ мовою QBASIC. (див. рис.2)

Після аналізу результатів досліджень встановлено, що шкіра “Велетень” має рівномірну структуру по площі, тому характер розподілу величин деформації по всій площі практично однаковий і навіть при максимальній величині на деяких ділянках у 11,1% складає біля 50% величини максимуму для інших шкір. Тому вона забезпечує високу формостійкість взуття.

Рис.1 Загальний вид чоловічих напівчобіт для шахтарів

Рис.2 Поперечна деформація зовнішньої частини союзки

(зразок №1)

До комплекту спеціального взуття запропоновані вкладні утеплювачі з манжеткою, що забезпечують підтримку температури стопи в необхідних межах. Манжетка захищає стопу від потрапляння пилу, уламків вугілля і порід усередину взуття. Також запропоновано ввести змінні вкладні устілки-антисептики, що складаються з двох шарів: перший шар з антисептичного матеріалу, а другий - корковий матеріал. Для профілактики розвитку плоскостопості в області склепіння знаходиться ортопедична пластина. Щільність прилягання взуття до стопи регулюється шнурівкою. Шнурки фіксують клапан, що закриває тильну частину стопи і передню частину гомілки. Клапан (чи язичок) має пінополіуретанову та мембранну міжпідкладки. За рахунок пінополіуретанової міжпідкладки (товщина якої в готовому взутті 10 мм), поряд з Sympatex він також виступає як амортизатор при ударах. Для зняття поперечних напружень матеріалу і зручності роботи робітника в зігнутому і напівзігнутому положенні клапан складається з 4-х частин і фіксується із зовнішнього боку базової моделі в трьох місцях за допомогою пряжок.

Розроблена технологія формоутворення нового взуття із застосуванням матеріалу для верха “Велетень”. Технологічні режими формування заготовки визначені за методикою Коновала В. П., суть якої полягає в процесі термофіксації форми швидкою зміною дії високої температури на температуру нижче 00С.

Основним критерієм оптимізації процесу фіксації форми прийнята залишкова деформація - ?Lзал., яка визначається як:

?Lзал.=(Lв-Lп)-Lпр=?L-Lпр, мм

де

Lв – довжина деформованого зразка, мм;

Lп – початкова довжина, мм;

Lпр – пружна складова деформації, мм.

Дослідження деформаційних властивостей шкіри “Велетень” проводили на пласких зразках одноосьовим розтягуванням. Методом математичного планування і аналізу експерименту визначили основні значення технологічних параметрів фіксації їх форми. Зразок, що досліджувався на спеціальному пристрої, переміщувався з теплової камери в морозильну. Спочатку визначені режими сушіння зразків. Встановлено, що режим витримки зразка в тепловій камері найкращий при часі витримки Тn=210 ± 10с та температурі tn= + 400С (рис 4).

Рис.4 Графік залежності швидкості сушіння шкіри від температури

Потім при цих же режимах проводились досліди зі зволоженими зразками з подальшим вимірюванням зразків через годину, 2 години, добу, 2 доби.

Результати виміру через 2 доби прийняті як кінцеві для побудови математичної регресивної моделі, яка після проведення низки розрахунків та визначення коефіцієнтів значимості отримала вираз:

Y=2,1 +0,7Х1 + 0,1Х2 - 0,04Х1Х2, (13)

де

Y - залишкова деформація, (%);

Х1 - температура сушіння в тепловій камері з інтервалом варіювання 20°С від +40°С до +80°С;

Х2, - час витримки в охолоджувальній камері.

В попередніх дослідженнях було встановлено, що оптимальним варіантом щодо втрати вологи зразків є дія тепла при t= + 40°С протягом 210 с. Тому беремо ці показники за основу в розрахунках.

Якщо зафіксуємо час в 210 с. при різних температурах в тепловій камері, то отримаємо:

Yt1= 13,4% при+ 40°С ;Yt2= 13,4% при +60°С ;Yt3= 12,6% при +80°С

А при фіксації t=+40°С при різному часі маємо: Yt1= 13,4% при 210 с.;

Yt2= > 0% при 360 с. ;Yt3= > 0% при 540 с.

Відсутність залишкової деформації при 360 та 540 с. дії температури - 10°С нижче нуля свідчить про те, що матеріал верха стає пружним тілом. Тому подальший технологічний процес може проходити без сушіння.

Узагальнюючи експериментальні і теоретичні дослідження, зробили висновок про технологічні нормативи операції формування взуття:

а) в тепловій камері температура +40±2°С, час витримки 210±10с.;

б) в камері охолодження температура -10±1°С, час витримки від 360 до 540 с.

Встановлені технологічні нормативи були перевірені на заготовках взуття, затягнутих на колодку. Методика перевірки була такою ж: теплова камера > охолоджувальна камера.

Формостійкість заготовки після зняття з колодки через 5 діб визначали шляхом співставлення довжини контрольної лінії, що наносилась на союзку в пучковій частині взуття. При цьому вимір проводився 2 рази: після нанесення контрольної лінії на затягнуту на колодку заготовку і після зняття з колодки. Було досліджено 10 заготовок з матеріалу "Велетень". Середньоквадратичне відхилення значень довжини зразу після зняття з колодки було близько 1 мм, а через 5 діб - 3-4 мм, що є межею відчуття стопи. Тобто зменшення параметру не вплине на роботу стоп. Звідси виходить, що такі технологічні нормативи є доцільними в процесі виробництва.

У четвертому розділі розроблена методика дослідного носіння взуття. Апробація нової конструкції чоловічих напівчобіт у кількості 20 пар була проведена у реальних умовах на шахті “Ломуватська” Луганської області.

Згідно із розробленим методом кількісного вимірювання органолептичних відчуттів носіїв відносно однієї вимоги до взуття перед носіями ставили запитання та давали можливість надати 1 із 5 відповідей за шкалою семантичного диференціалу .

Для тестування були запропоновані уточнені фактори комфортності, які наведені у таблиці 7.

Таблиця 7

Матриця номенклатури факторів комфортності, які підлягали тестуванню носіями

Фактори комфортності взуття / питання анкети/

1. Не захищає – захищає стопу від удару ?

2. Не захищає – захищає від води?

3. Ковзка - чіпка підошва ?

4. Натирає – не натирає стопу?

5. Пріють – не пріють стопа і гомілка?

6. Довго – швидко висихає?

7. Жорсткий носок не захищає – захищає від удару?

8. Незручно – зручно застібається?

9. Погано – добре заріплене на стопі?

10. Невисоке – високе?

11. Підошва негнучка - гнучка ?

12. Натирає – не натирає п’ятки?

13. Болять - не болять суглоби стопи і гомілки?

14. Не захищає – захищає від низької температури?

15. Не захищає – захищає від пилу?

16. Не захищає – захищає від агресивного середовища?

17. Важке – легке взуття?

Після кожного дня носіння і до початку наступного, виходячи із результатів опитувань шахтарів щодо сенсорних відчуттів проводився розрахунок коефіцієнта комфортності KK за формулою 6.

Розрахунок коефіцієнта конкордації Wn та розрахункового коефіцієнта Пірсона X2 по кожному фактору комфортності проведені за допомогою прикладної програми “Рангування”. Середньозважені ранги Rn оперативно обчислювалися в напівавтоматичному режимі в програмі Microsoft Excel. Приклад з протоколу опитування. 1-й день. Фактор комфортності: “Не захищає – захищає від удару”

R1=(1х0+2х0+4х9+5х10)/20=4,45;

Rn1=4,45, W1=0,32, RnWn =0,32х4,45=1,42;

Такі розрахунки проведені по іншим 16-ти факторам і знайдено середнє значення коефіцієнта комфортності за день.

R=KK=KR=RnWn/nk=26,91/17х5=0,32.

Висновок: коефіцієнт комфортності за першим днем вимірювань низький, КК= 0,32 , тому згідно з теорією і математичною моделлю комплексного показника комфортності, взуття потребує подальшого носіння і вимірювання факторів комфортності для розрахунку коефіцієнта комфортності.

Після третього дня носіння коефіцієнт комфортності взуття склав – 0,43, тобто взуття перетнуло межу поля класифікації за комфортністю і подальше його дослідження не раціональне, бо не призведе до підвищення рівня комфортності. Дослідне взуття визначено як “середньокомфортне взуття, що вимагає тривалого розношування”. Для трактування отриманих оцінок середньозважених рангів Rn, тобто перекладу їх з мови цифр на смислові поняття скористалися методом семантичного диференціалу.

Аналіз динаміки експертних оцінок факторів комфортності під час дослідного носіння показав, що сенсорні відчуття носіїв динамічні. Це пов’язано як з фізіологією пристосування організму, так і з періодичністю впливу зовнішніх факторів і зі складністю відновити в пам’яті відчуття під час їх виміру. Це підтверджує необхідність проведення повномасштабного дослідного носіння. Припинення дослідного носіння можливе лише при слабкій динаміці приросту значень коефіцієнта комфортності. Під час дослідного носіння нового взуття для шахтарів через 3 дні приріст значень коефіцієнта комфортності склав 0,11, тобто був низьким. Тому через 3 дні носіння було припинено.

Висновки і рекомендації

Аналіз умов праці робітників вугільних шахт показав, що спецвзуття, яке застосовується у теперішній час на виробництві, не відповідає специфічним вимогам експлуатації, і якість взуття, особливо щодо ергономіки, невисока. Розробка комфортного спецвзуття для шахтарів є одним із найважливіших факторів у комплексі заходів, які направлені на створення безпечних і комфортних умов праці.

1.Вперше у взуттєвій галузі створено методику визначення ієрархії вимог до взуття спеціального призначення на основі відчуттів та думки носіїв, яка дозволяє визначити пріоритетність вимог для вирішення задач при проектуванні та виборі матеріалів для деталей взуття.

2.Створено теоретичні засади, математичну модель та методику розрахунку коефіцієнта комфортності взуття, який є кількісною оцінкою органолептичних відчуттів носіїв під час дослідного носіння взуття. Методика розрахунку коефіцієнта комфортності взуття базується на опрацюванні методами математичної статистики сенсорних відчуттів носіїв. Створена теорія показника комфортності може бути застосована як інструмент тестування на ергономічні властивості виробів та розробки технічних умов на взуття.

3.Розроблені принципово нові конструкції спецвзуття для шахтарів із застосуванням новітніх матеріалів. Створено асортиментний ряд з трьох нових конструкцій чоловічих напівчобіт і розроблена технологія їх виготовлення.

4.Проведено дослідження деформації властивостей союзок з матеріалу “Велетень” Воскресенського шкірзаводу “Возко”. Шкіра має рівномірну структуру по площі, тому характер розподілу деформації практично однаковий і навіть при сумарній величині на деяких ділянках в 11,1% складають біля 50% максимуму величини інших шкір.

Визначено раціональні технологічні параметри операції формування взуття методом “знакоперемінних” температур:

а) в тепловій камері температура +40 ±20 С, час витримки – 210± 10с.;

б) в камері охолодження –100С, час витримки від 360 до 540 с.

5. Розроблено і перевірено під час дослідного носіння класифікацію взуття в залежності від величини коефіцієнта комфортності та терміну випробувань (експериментального носіння). Класифікація взуття по коефіцієнту комфортності, яка визначається в результаті опитування носіїв дослідних зразків взуття, забезпечує кількісну оцінку комплексу сенсорних відчуттів та думок експертів.

6. Розроблено програмне забезпечення для апріорного рангування факторів, що використовувалось під час досліджень для оперативного розрахунку коефіцієнта комфортності КК. Воно створене під широко застосовані персональні комп’ютери з системою Windows і може використовуватися, як інструмент подальших наукових досліджень при розробках нового взуття на засадах маркетингу, чи бути впроваджене в навчальний процес.

7. Із застосуванням коефіціента комфортності здійснено апробацію взуття на СП “Зенкіс” та у виробничих умовах вугільних шахт Луганської області. За результатами дослідного носіння створене взуття класифіковане, як "середньокомфортне, що потребує тривалого розношування" ( на практиці всього 3 дні). На базову конструкцію спеціального взуття отримано патент на створення нового промислового зразка.

8. Результати дисертаційної роботи рекомендовані для впровадження на взуттєвих фабриках при розробці нових зразків спеціального взуття. Найбільш важливі теоретичні і методологічні положення про кількісний показник комфортності взуття, рекомендовані для відображення у навчальних закладах ІІІ та ІV рівнях акредитації.

За темою дисертації опубліковані такі роботи:

1.Черепахіна Р.З., Колядюк Р.І., Коновал В.П. Універсальна методика проектування ергономічного спецвзуття. Повідомлення 1. Техніка виявлення експлуатаційних вимог та вимог маркетингу до спецвзуття (на прикладі розробки взуття для шахтарів, що працюють у глибоких очисних вибоях) //Легка промисловість. – 2002. - №3. – С.42-43.

2.Черепахіна Р.З., Колядюк Р.І., Коновал В.П. Проектування ергономічного спецвзуття. //Вісник КНУТД. – 2002. - № 1. - С.19- 22.

3.Черепахіна Р.З., Колядюк Р.І., Коновал В.П.Універсальна методика проектування ергономічного спецвзуття. Повідомлення 2. Теоретичні основи розрахунку інтегральних показників комфортності взуття. //Легка промисловість. – 2002. - №4. – С. 61- 62.

4.Патент на промисловий зразок. Чоботи для шахтарів. Соколовська І.В., Черепахіна Р.З., Колядюк Р.І., Первая Н.В., Коновал В.П. - №2003081418; заяв.05.08.2003; опубл. 17.05.2004; Бюл. №5.

5. Первая Н. В., Соколовская Н. В., Черепахина Р. З. Разработка комфортной специальной обуви для шахтеров. // Сборник трудов международной научной конференции “ Проблемы создания гибких технологических линий производства изделий из кожи” – Шахты. 2004. - С.8 -10.

6. Теоретичні основи технологічних процесів виготовлення взуття спеціального призначення з використанням матеріалів вітчизняного виробництва.

Тема 027 ДБ: Звіт по НДР, розділ 1. Київський національний університет технології та дизайну .- УДК 685.34.077. № ДР 0102U 005506- К., 2004. – С.6-35.

У публікаціях: 1,2,3 автору належать основні положення, постановка задач досліджень, наукові положення планування і проведення експерименту, обробка результатів досліджень; 4,6 автору належать основні ідеї щодо створення методики розробки конструкції взуття, технології його виготовлення, узагальнення, висновки; 5 автору належать основні положення публікації і узагальнення.

АНОТАЦІЯ

Черепахіна Р.З. Розробка спеціального взуття для шахтарів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.06 – технологія взуттєвих та шкіряних виробів – Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2005.

На основі аналізу умов праці в підземних шахтах, статистичних даних про захворювання стоп шахтарів і соціологічних досліджень якості спецвзуття був визначений комплекс ергономічних і експлуатаційних вимог до матеріалів і конструкції взуття. Встановлено, що для розробки спецвзуття для шахтарів слід обгрунтувати склад і структуру вихідних даних, серед яких найбільш важливими повинні бути думки споживачів. З цією метою проведені маркетингові дослідження, в ході яких визначена ієрархія вимог до спецвзуття, і розроблені критерії її відповідності вимогам комфортності. Висунута гіпотеза про те, що узагальненим показником якості взуття може бути комплексна оцінка комфортності експертами .

Створена математична модель комплексного показника комфортності як кількісна оцінка якісного явища – відчуттів та думок носіїв.

На основі ієрархії вимог до взуття для шахтарів, вимог техніки безпеки із урахуванням існуючих ДСТ розроблено технічні умови та асортиментний ряд із 3-х моделей чоловічих напівчобіт литтьового методу кріплення.

Теоретично і експериментально доведено доцільність використання у технологічному процесі формоутворення взуття із шкіри “Велетень” нового методу “знакоперемінних температур”. Визначені раціональні технологічні нормативи операції формування взуття.

Рекомендовані нові сучасні матеріали для підкладки і проміжних деталей взуття. Унікальні властивості мембрани Sympatex дозволяють уникнути такі протиріччя у вимогах до взуття, як бути одночасно паровідвідним із середини і водонепроникним ззовні. Мембрана Sympatex запропонована в якості проміжного матеріалу для взуття.

Розроблена нова методика дослідного носіння взуття з використанням математичної моделі комплексного показника комфортності.

Ключові слова: ієрархія вимог, коефіцієнт комфортності, натуральна шкіра, формоутворення, мембрана, експлуатаційні й ергономічні властивості, технологічні нормативи, дослідне носіння.

АННОТАЦИЯ

Черепахина Р.З. Разработка специальной обуви для шахтеров .

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.06 – технология обувных и кожевенных изделий – Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2005.

Исследования последних лет в области проектирования обуви специального назначения подтверждают, что современные методы разработки основываются на анализе условий труда работающих и с учетом их специфичных требований. Методы разработки спецобуви сведены к експериментальным исследованиям защитных свойств материалов и разработке технологии изготовления спецобуви с защитными свойствами. Отсутствует достаточная ясность в оценке комфортности спецобуви.

Целью работы являлись исследования комплекса эргономичных и эксплуатационных требований к материалам и конструкции комфортной спецобуви для шахтеров. Установлено, что для разработки комфортной спецобуви следует обосновать состав и структуру исходных данных, среди которых наиболее важными должны быть мнения потребителей (носчиков). С этой целью проведены маркетинговые исследования, в ходе которых была определена иерархия требований к спецобуви и разработаны критерии ее соответствия требованиям комфортности.

Впервые создана математическая модель комплексного показателя комфортности обуви как количественная оценка качественного выражения - ощущений и мнения носчиков. На основе иерархии требований к спецобуви для шахтеров, а также требований техники безопасности, с учетом действующих стандартов разработан ассортиментный ряд из трех моделей мужских полусапог литьевого метода крепления.

Теоретически и експериментально доказана целесообразность использования в техпроцессе формования обуви из кожи “Велетень” нового метода “знакопеременных температур”. Определены рациональные технологические нормативы операции формования обуви. Предложены новые современные материалы для подкладки и межподкладки обуви.

Разработана и апробирована новая методика опытной носки обуви с применением математической модели комплексного показателя комфортности.

Ключевые слова: иерархия требований, коэффициент комфортности, натуральная кожа, формование, мембраны, эксплуатационные и эргономические свойства, технологические нормативы, опытная носка.

SUMMARY

R.Z. Cherepakhina. Special Footwear.

Elaboration of methods, technology and design.

(Manuscript)

Dissertation for obtaining degree (Candidate of Science) in Footwear Technology.

Kiev National University of Technology and Design. Kiev, 2005.

The purpose of this dissertation is to determine the whole complex of Design and Materials for Special footwear to assist the foot to perform some abnormal tasks in mining.

The author demonstrates the advisabilities of using “Veleten” Leather Materials in Technology of this type of footwear and argued that new modern lining material “Sympatex” is the most suitable for men’s footwear in coal-mining industry.

It was defined the most efficient technological standards of the way the special footwear is made up.

Using moulded methods of fixing the author has designed 3 patterns of men’s boots for miners/