一种鞋底耐磨能力测试装置及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种鞋底耐磨能力测试装置及其应用，属于检测设备领域。所述鞋底耐磨能力测试装置，包括实验台底座，其前端设置有摩擦实验装置，两组摩擦实验装置间隔安装，并在实验台底座的两端分别安装控制其运动的驱动电机、联轴器和扭矩传感器；位于实验台底座上安装有可调节高度的支架，支架上装有脚部模拟装置，所述脚部模拟装置的液压伸缩杆和弹性装置输出端连接脚模型装置，所述脚模型装置位于摩擦实验装置的顶部。利用杠杆原理将将行走时脚的复杂运动分为三段，模拟人走路时脚的运动规律，通过利用扭矩传感器测扭矩的改变来间接获取摩擦系数的改变，使得获取的数据更直接、更精确。
【专利说明】
一种鞋底耐磨能力测试装置及其应用
技术领域
[0001]本发明涉及一种鞋底耐磨能力测试装置及其应用，尤其是一种以杠杆原理测试鞋底在多种模拟穿着环境下的耐磨能力的装置，属于检测设备领域。
【背景技术】
[0002]目前，节约资源和保护环境是当前社会发展趋势。鞋制造商在鞋生产过程中选择不合适的鞋底材料容易加剧鞋底的磨损，缩短鞋的服役时间，从而造成材料资源的极大浪费，同时废弃的鞋不易分解和回收，容易对环境造成污染。对鞋底耐磨性能方面的评价有助于解决这个问题。
[0003]现有技术中对鞋底耐磨能力的测试装置主要存在以下不足:
[0004]—是测试过程只在摩擦板上不断地对鞋底进行摩擦，不能分别对鞋前掌以及鞋后掌进行更好的测量，难以模拟人走路时的状态以及不同地面环境对鞋磨损程度的表征，而且磨损鞋底的部位相对于实际行走中有较大的局限性，因此获得的鞋底耐磨性能往往与正常行走时具有显著差异，与实际不符；
[0005]二是局限于每次测试必须同时测试两只(甚至多只)鞋，因而导致设备体型略显庞大，而且测试多组试验品不好判断鞋底的磨损程度；
[0006]三是部分设备采用了机械脚的技术，装置结构复杂稳定性耐久度差，同时也导致价格过于昂贵；
[0007]四是尚未见到直接将成品鞋安装在试验机上就能简便地测定其摩擦系数的设备。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种鞋底耐磨能力测试装置，可测试鞋底在多种仿真模拟环境下的耐磨能力。
[0009]所述鞋底耐磨能力测试装置包括:实验台底座、驱动电机、联轴器、扭矩传感器、高度调节装置、脚部模拟装置、摩擦实验装置;实验台底座上在水平方向设置有两组摩擦实验装置，两组摩擦实验装置间隔安装，分别用于摩擦鞋底的前后掌;驱动电机通过联轴器连接扭矩传感器、摩擦实验装置;实验台底座上在竖直方向安装有高度调节装置、脚部模拟装置，高度调节装置通过连接杆连接脚部模拟装置，脚部模拟装置的导向滑块在高度调节装置的导向滑动槽内上下移动从而带动脚部模拟装置整体上下移动，脚部模拟装置位于摩擦实验装置的上方;所述摩擦实验装置包括由驱动电机驱动的传动滚轴以及由传动滚轴驱动的摩擦带;所述脚部模拟装置包括脚模型、弹性装置、液压升降杆，弹性装置、液压升降杆分别与脚模型顶部的一前一后两个固定装置通过键连接。
[0010]所述高度调节装置包括:高度调节支架、连接杆、导向滑动槽、法向导轨、底座、紧固螺钉、调高手轮。底座通过紧固螺钉固定于实验台底座上，底座上延伸有高度调节支架，高度调节支架中部形成有导向滑动槽，高度调节支架上在导向滑动槽的两侧设置有凸起的法向导轨，导向滑动槽的顶面安装有连接杆，调高手轮通过调节连接杆的长度来改变与连接杆相连的脚部模拟装置的整体的高度位置。
[0011]所述脚部模拟装置包括:固定块、连接块、导向滑块、法向滑槽、液压升降杆、弹簧轴套、弹簧、弹簧轴、键、固定装置、脚模型。固定块后端延伸有连接块，连接块中部设置有导向滑块，导向滑块在导向滑动槽内滑动，连接杆与导向滑块顶面连接，连接块的两侧分别设置有与法向导轨配合连接的法向滑槽;所述固定块上有一孔，孔内连接由弹簧轴、弹簧轴套和弹簧组成的弹性装置，液压升降杆装在所述固定块底部并与弹性装置平行，脚模型上有竖直排列的两个固定装置，弹簧轴底部以及液压升降杆底部通过键分别与脚模型上两个固定装置相连。
[0012]在本发明的一种实施方式中，所述摩擦实验装置包括:两组挡块、两根传动滚轴、一根摩擦带，每一组挡块包括两个平行的挡块，每一组挡块之间安装一根传动滚轴。两个传动滚轴中，至少外侧的一根传动滚轴与驱动电机连接。摩擦带的倾斜程度可通过调节传动滚轴的高度来实现。而传动滚轴的高度可以通过液压升降台调节，也可以通过弹簧卡调节，也可以采用液压升降台或弹簧卡分别调节传动滚轴的高度。
[0013]在本发明的一种实施方式中，所述摩擦实验装置还包括:手动液压升降台、手轮、升降支架。可用于调整传动滚轴和摩擦带的位置。通过手轮控制手动液压升降台和升降支架，从而提升或降低传动滚轴的高度。
[0014]在本发明的一种实施方式中，所述摩擦实验装置还包括:弹簧卡、摩擦带防松装置。
[0015]在本发明的一种实施方式中，两组摩擦实验装置主要包含4组挡块、4个平行的传动滚轴、2个摩擦带，每一组挡块包括两个平行的挡块，每一组挡块之间安装传动滚轴;最外侧的两个传动滚轴与驱动电机连接;两个传动滚轴之间安装一个摩擦带，两个摩擦带间隔安装，分别用来与鞋底的前掌和后掌接触。中间两组挡块中安装有升降支架、摩擦带防松装置和弹簧卡，中间两组挡块内均开有三个槽，分别对应高中低三个高度档位，内侧两个传动滚轴的末端插入防松装置内的孔中，弹簧卡通过弹簧作用使防松装置固定在挡块的三个槽中的一个。如此，通过弹簧卡改变防松装置的高度从而调整中间两个传动滚轴的高度。外侧的两组挡块中安装有升降支架、摩擦带防松装置，此处的升降支架与手动液压升降台连接，通过手轮的控制来调节传动滚轴的高度，从而实现摩擦带坡度的改变。
[0016]在本发明的一种实施方式中，所述鞋底耐磨能力测试装置的实验台底座上还设置有散热槽。
[0017]在本发明的一种实施方式中，所述鞋底耐磨能力测试装置的实验台底座的底部还安装有调平螺钉。
[0018]本发明所述鞋底耐磨能力测试装置的摩擦带是可以更换的，通过更换表面粗糙度不同的摩擦带，可模拟鞋底在不同环境路面的耐磨损能力。如较高的粗糙度摩擦带模拟水泥地，较低粗糙度摩擦带模拟光滑瓷砖表面。摩擦带倾斜安装，位于前掌处摩擦带的安装坡度为0-25°，位于后掌处摩擦带的坡度为0-15°。
[0019]本发明还提供应用上述鞋底耐磨能力测试装置测试鞋底耐磨能力的方法，是将实验台底座固定后，用脚模型固定好待测鞋子，调整摩擦实验装置使其与鞋子底面充分接触；利用杠杆原理，以弹性装置底部与脚模型的连接处为支点，脚模型为杠杆，液压升降杆向下伸长，使鞋子后掌与摩擦带相接触磨损；随后液压升降杆向上收缩，收缩过程分为前后两段:前段，液压升降杆向上收缩量较小，弹性装置固定不动，支点相应地也不动，鞋子前掌中后段水平部分与摩擦带接触摩擦，后段，液压升降杆向上收缩到一定收缩量收时，若再继续向上收缩将带动弹性装置向上移动，导致弹性装置底部上升，造成支点上升，鞋子前掌前端上翘部分就能与摩擦带接触摩擦，随后液压收缩杆向下伸长，弹簧弹力使支点复位。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]本发明结构紧凑、合理，操作方便，该装置利用“人不动，地面动”的转换，通过摩擦实验装置中摩擦带分别与鞋底的前后掌部分摩擦、脚部模拟装置中液压升降杆模拟脚部的承载能力等模拟人走路时脚的运动规律;通过扭矩传感器测得扭矩的变化来间接获取摩擦系数的改变，从而表征鞋底的磨损程度，使得获得的数据更直接，更精确。
[0022]本发明所述的脚部模拟装置利用跷跷板的杠杆原理，以弹性装置底部与脚模型的连接处为支点，脚模型为杠杆。当底部与脚模型后端相连接的液压升降杆向下伸长时，所述弹性装置不动，脚模型后端绕支点下沉，脚模型前端绕支点上翘，后端与摩擦带相接触，模拟鞋子后掌与地面摩擦状态；当所述液压升降杆向上收缩时，由于鞋前掌长度较鞋后掌长且脚模型前端是上翘的，单一地利用杠杆原理无法使鞋前掌完全磨损，所以分为前、后两段进行磨损，前段，液压升降杆向上收缩量较小，弹性装置固定不动，支点相应地也不动，此时磨擦带磨损鞋子前掌中后段的水平部分;后段，液压升降杆向上收缩到一定收缩量收时，若再继续向上收缩将会带动弹性装置向上收缩，导致弹性装置底部上升，造成支点上升，使鞋前掌前端的上翘部分相对下沉从而与磨擦带接触，随后液压升降杆再向下伸长，弹性装置在弹簧作用下复位，液压升降杆继续向下伸长则又开始磨损鞋后掌。本发明利用杠杆原理，巧妙地将复杂的行走运动状态装变为三段简单的杠杆运动，很好地模拟人在行走时前掌后掌交替与地面进行摩擦，由于鞋底前后掌都是短暂性地和磨擦带摩擦避免出现持续磨损产生热量对鞋底材料影响，更好模拟真实情况，避免出现实验误差。
[0023]本发明在驱动电机和磨损装置之间设置扭矩传感器，当鞋底磨损时，鞋底与摩擦带之间的摩擦系数将产生变化，从而改变鞋底与摩擦带之间的摩擦力，使得传动滚轴在转动时所受阻力减小，进而改变了扭矩大小，而扭矩传感器可以捕捉到这一变化，通过换算，从而更直接准确地测出鞋底磨损程度。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的一种实施方式的结构示意图(视角I)。
[0025]图2为本发明的一种实施方式的结构示意图(视角2)。
[0026]图3为本发明的一种实施方式的摩擦实验装置的结构示意图。
[0027]图4为本发明的一种实施方式的高度调节装置的结构示意图。
[0028]图5为本发明的一种实施方式的脚部模拟装置的结构示意图(视角3)。
[0029]图6为本发明的一种实施方式的脚部模拟装置的结构示意图(视角4)。
[0030]其中:1、实验台底座；2、驱动电机；3、联轴器；4、扭矩传感器；5、高度调节装置；501、高度调节支架；502、连接杆；503、导向滑动槽;504、法向导轨；505、底座；506、紧固螺钉;507、调高手轮;6、脚部模拟装置;601、固定块;602、连接块;603、导向滑块;604、法向滑槽;605、弹簧轴套;606、液压升降杆;607、弹簧;608、弹簧轴;609、键;610、固定装置;611、脚模型；7、摩擦实验装置;8、手动液压升降台；9、调平螺钉；10、手轮；11、挡块；12、传动滚轴；13、散热槽;14、摩擦带;15、弹簧卡;16、摩擦带防松装置;17、升降支架。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图，说明本发明的【具体实施方式】。
[0032]实施例1
[0033]如图1和图2所示，本发明的鞋底耐磨能力测试装置可包括:实验台底座1、驱动电机2、联轴器3、扭矩传感器4、高度调节装置5、脚部模拟装置6、摩擦实验装置7。其中，摩擦实验装置7包括:手动液压升降台8、手轮1、挡块11、传动滚轴12、摩擦带14、弹簧卡15、摩擦带防松装置16、升降支架17。实验台底座I上设置有两组摩擦实验装置7，两组摩擦实验装置7间隔安装，分别用于摩擦鞋底的前后掌;在摩擦装置垂直方向、实验台底座I的两端分别安装控制摩擦带14运动的驱动电机2，驱动电机2通过联轴器3连接扭矩传感器4;实验台底座I中部安装有高度调节装置5，高度调节装置5的连接杆502连接脚部模拟装置6，脚部模拟装置6位于摩擦实验装置7的顶部。
[0034]如图3所示，摩擦实验装置7主要包含4组挡块、4个平行的传动滚轴、2个摩擦带，每一组挡块包括两个平行的挡块，两个挡块之间安装传动滚轴，最外侧的两个传动滚轴的一端通过联轴器3与驱动电机2连接。两个传动滚轴12之间安装一个摩擦带14，两个摩擦带14间隔安装，分别用来与鞋底的前掌和后掌接触。
[0035]中间两组挡块11中安装有升降支架17、摩擦带防松装置16和弹簧卡15，中间两组挡块11上有三个槽，分别对应高中低三个高度档位，中间两个传动滚轴12的末端插入防松装置16的孔中使传动滚轴12固定在防松装置16上，弹簧卡15通过弹簧作用使防松装置16固定在中间两组挡块11的三个槽中的一个。如此，通过弹簧卡15改变防松装置16的高度从而调整中间两个传动滚轴12的高度。摩擦带14倾斜安装，位于脚模型前掌处的摩擦带的安装坡度为0-25°，位于脚模型后掌处的摩擦带的坡度为0-15°。
[0036]两端的两组挡块11中安装有升降支架17、摩擦带防松装置16，此处的升降支架17与手动液压升降台8连接，通过手轮10的控制，调节传动滚轴12的高度。从而实现可更换式摩擦带14坡度的改变。通过手轮10可同时控制驱动电机2、扭矩传感器4和传动滚轴12的高度，使这三个装置在同一水平面。
[0037]当然，4个平行的传动滚轴的高度调节还可以全部通过设置液压升降台来实现，或者全部通过设置弹簧卡来实现。
[0038]如图4所示，高度调节装置5的结构为:底座505通过紧固螺钉506固定于实验台底座I上，底座505上延伸有高度调节支架501，高度调节支架501中部形成有导向滑动槽503，高度调节支架501上在导向滑动槽503的两侧设置有凸起的法向导轨504，导向滑动槽503的顶面安装有连接杆502，调高手轮507通过调节连接杆502的长度来改变与连接杆502相连的脚步模拟装置6整体的高度位置。
[0039]如图5、6所不，脚部1?拟装置6的结构为:包括固定块601，所述固定块601后?而延伸有连接块602，连接块602中部设置有导向滑块603，导向滑块603在导向滑动槽503内滑动，连接杆502与导向滑块603顶面连接，连接块602的两侧分别设置有与法向导轨504配合连接的法向滑槽604;所述固定块601上有一孔，孔内连接由弹簧轴608、弹簧轴套605和弹簧607组成的弹性装置，液压升降杆606装在所述固定块601底部并与弹性装置平行，脚模型611上有竖直排列的两个固定装置610，弹簧轴608底部以及液压升降杆606底部通过键609分别与脚模型611上两个固定装置610相连。
[0040]实际使用过程中，将实验台底座I固定后，用调平螺钉9将实验台底座I调平，用脚模型609固定好待测鞋子(类似于人穿鞋一样，将鞋子套在脚模型611上)，用手轮10调节手动液压升降台8将摩擦实验装置7调整到适当的位置使其与鞋子充分接触。利用杠杆原理，以弹性装置底部与脚模型的连接处为支点，脚模型为杠杆，液压升降杆607向下伸长，使鞋子后掌与摩擦带相接触磨损。随后液压升降杆向上收缩，收缩过程分为前后两段:前段，液压升降杆向上收缩量较小，弹性装置固定不动，支点相应地也不动，鞋子前掌中后段水平部分与摩擦带接触摩擦，后段，液压升降杆向上收缩到一定收缩量收时，若再继续向上收缩将带动弹性装置向上收缩，导致弹性装置底部上升，造成支点上升，鞋子前掌前端上翘部分就能与摩擦带接触摩擦，随后液压收缩杆向下伸长，弹簧弹力使支点复位。摩擦过程中通过驱动电机带动联轴器、摩擦实验装置运动，测试进行。在测试过程中，扭矩传感器起到间接测试磨损程度的作用。
[0041 ]现有鞋底耐磨能力测试装置，都是将鞋子放置在摩擦带上直接摩擦，摩擦一定时间后，测量磨损厚度，由此评定鞋底的耐磨性能，这样做显然不能充分反应鞋底在行走中的耐磨度。随着鞋底与地面的不断磨损，鞋底材料和花纹会磨损，与地面的摩擦力越来越小，一旦鞋底的摩擦力小到一定值，失去了正常的防滑能力，鞋子也就报废了。本发明通过测量出鞋底与摩擦带的摩擦力，间接地判断鞋底的磨损状况，比以往的方法更好。
[0042]实施例2
[0043]在实施例1的基础上，实验台底座I的底部还安装有调平螺钉9。
[0044]实施例3
[0045]在实施例1的基础上，实验台底座I上，摩擦实验装置7下面安装有散热槽13，散热槽13内还可以装有风扇，在摩擦带14开始工作时启动，进行散热工作。
[0046]虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
【主权项】
1.一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，包括:实验台底座、驱动电机、联轴器、扭矩传感器、高度调节装置、脚部模拟装置、摩擦实验装置;实验台底座上在水平方向设置有两组摩擦实验装置，两组摩擦实验装置间隔安装，分别用于摩擦鞋底的前后掌;驱动电机通过联轴器连接扭矩传感器、摩擦实验装置;实验台底座上在竖直方向安装有高度调节装置、脚部模拟装置，高度调节装置通过连接杆连接脚部模拟装置，脚部模型装置位于摩擦实验装置的上方;所述摩擦实验装置包括由驱动电机驱动的传动滚轴以及由传动滚轴驱动的摩擦带;所述脚部模拟装置包括脚模型、弹性装置、液压升降杆，弹性装置、液压升降杆分别与脚模型顶部的一前一后两个固定装置通过键连接。2.根据权利要求1所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，脚部模拟装置的导向滑块在高度调节装置的导向滑动槽内上下移动从而带动脚部模拟装置整体上下移动。3.根据权利要求1所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述高度调节装置包括:高度调节支架、连接杆、导向滑动槽、法向导轨、底座、紧固螺钉、调高手轮;底座通过紧固螺钉固定于实验台底座上，底座上延伸有高度调节支架，高度调节支架中部形成有导向滑动槽，高度调节支架上在导向滑动槽的两侧设置有凸起的法向导轨，导向滑动槽的顶面安装有连接杆，调高手轮通过调节连接杆的长度来改变与连接杆相连的脚部模拟装置的整体的高度位置。4.根据权利要求1或2或3所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述脚部模拟装置包括:固定块、连接块、导向滑块、法向滑槽、液压升降杆、弹簧轴套、弹簧、弹簧轴、键、固定装置、脚模型；固定块后端延伸有连接块，连接块中部设置有导向滑块，导向滑块在导向滑动槽内滑动，连接杆与导向滑块顶面连接，连接块的两侧分别设置有与法向导轨配合连接的法向滑槽;所述固定块上有一孔，孔内连接由弹簧轴、弹簧轴套和弹簧组成的弹性装置，液压升降杆装在所述固定块底部并与弹性装置平行，脚模型上有竖直排列的两个固定装置，弹簧轴底部以及液压升降杆底部通过键分别与脚模型上两个固定装置相连。5.根据权利要求1所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述摩擦实验装置包括:两组挡块、两根传动滚轴、一根摩擦带，每一组挡块包括两个平行的挡块，每一组挡块之间安装一根传动滚轴;两个传动滚轴中，至少外侧的一根传动滚轴与驱动电机连接;摩擦带的倾斜程度通过调节传动滚轴的高度来实现。6.根据权利要求1或5所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述摩擦实验装置还包括:手动液压升降台、手轮、升降支架，用于调整传动滚轴和摩擦带的位置;通过手轮控制手动液压升降台和升降支架，从而提升或降低传动滚轴的高度。7.根据权利要求1或5所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述摩擦实验装置还包括:弹簧卡、摩擦带防松装置。8.根据权利要求4所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述鞋底耐磨能力测试装置的实验台底座上还设置有散热槽。9.根据权利要求4所述的一种鞋底耐磨能力测试装置，其特征在于，所述鞋底耐磨能力测试装置的实验台底座的底部还安装有调平螺钉。10.—种应用权利要求1所述的一种鞋底耐磨能力测试装置测试鞋底耐磨能力的方法，其特征在于，将实验台底座固定后，用脚模型固定好待测鞋子，调整摩擦实验装置使其与鞋子底面充分接触；利用杠杆原理，以弹性装置底部与脚模型的连接处为支点，脚模型为杠杆，液压升降杆向下伸长，使鞋子后掌与摩擦带相接触磨损；随后液压升降杆向上收缩，收缩过程分为前后两段:前段，液压升降杆向上收缩量较小，弹性装置固定不动，支点相应地也不动，鞋子前掌中后段水平部分与摩擦带接触摩擦，后段，液压升降杆向上收缩到一定收缩量收时，若再继续向上收缩将带动弹性装置向上移动，导致弹性装置底部上升，造成支点上升，鞋子前掌前端上翘部分就能与摩擦带接触摩擦，随后液压收缩杆向下伸长，弹簧弹力使支点复位。
【文档编号】A43D1/08GK106073032SQ201610382822
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610382822.X, CN 106073032 A, CN 106073032A, CN 201610382822, CN-A-106073032, CN106073032 A, CN106073032A, CN201610382822, CN201610382822.X
【发明人】钱善华, 宋一鸣
【申请人】江南大学