CN113841969A - 一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构 - Google Patents

一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及飞行极限运动用足部防护技术领域，具体是一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，包括由上下两层泡沫板和固定包覆在泡沫板周边的侧方织物面层构成，并且三者之间设置有气囊结构；气囊结构平面上分布有对应人体足部结构的前足区域、中足区域、后足区域，每个区域相互不连通，并构成缓冲区，所有缓冲区能够根据人体足部的部位的着陆顺序而对应式的产生泄气缓冲；气囊结构可设置单层或多层；防护结构还包括有固定结构，所述固定结构用以将防护结构固定于足部，本发明主要用于伞兵着陆时穿戴，在人体着陆受到冲击时减轻对足部的冲击，提高防护效果，减少足踝和下肢的损伤。

Description

一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构
技术领域
本发明涉及一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，主要用于是飞行极限运动或跳伞运动中着陆时足部踝关节的防冲击防护。
背景技术
鞋是人们保护脚不受伤的一种外穿配置。对于离地较高的极限运动如飞行极限运动、跳伞运动等，在着陆时整个身体受到较大的冲击作用，常常导致软组织撕裂、骨折等运动损伤的发生。运动损伤学发现，足部的损伤占比例最大。流行病学调查也发现，跳伞运动着陆时肢体损伤中，足部损伤占所有损伤的63.6％。同时由于足部承受较大的冲击力，跟骨及踝骨骨折时有发生，因此，合理有效地防护设计，对防止着陆时足部损伤至关重要。
关于足部的防护结构设计，其研究和专利也较多，本申请的是针对伞兵着陆时的足部防护结构设计。目前，国内外都是通过穿戴不同的护踝结构如弹性绷带、护踝袜、半刚性护踝等和不同军靴结构如Aircast和DjOrtho公司研制的军用外置护踝，气囊式、塑料复合板式或泡沫式军靴，都能有效减少踝关节的扭伤，但结构复杂、穿戴不适、踝部损伤还时有发生。
因此，本发明的一种多区域泄气式的鞋底缓冲和防护结构，将从结构上延缓足部冲击的时间，从而降低足部的地面反冲击力，避免伞兵的足踝损伤，对伞兵作战时足踝的冲击损伤防护起到重要的保护作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，以解决在人体着陆受到冲击时减轻对足部的冲击，提高防护效果，减少足踝和下肢的损伤。
本发明的技术方案是：一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，包括：防护结构包括由上下两层泡沫板和固定包覆在泡沫板周边的侧方织物面层构成，并且三者之间设置有气囊结构；
气囊结构平面上分布有对应人体足部结构的前足区域、中足区域、后足区域，每个区域相互不连通，并构成缓冲区，所有缓冲区能够根据人体足部的部位的着陆顺序而对应式的产生泄气缓冲；
所述气囊结构可设置单层或多层；
所述防护结构还包括有固定结构，所述固定结构用以将防护结构固定于足部。
优选地，前足区域、中足区域、后足区域分别划分有多个气囊格；每个气囊格具有至少一个用以密封气囊格内部的气孔塞，气孔塞的孔嘴及塞帽暴露于侧方织物面层外；当气囊格受到的压力达到气孔塞弹出的临界压强时，所述气孔塞弹出以迫使气囊格泄气；
每个区域中的所有气囊格相互连通。
优选地，气孔塞弹出的临界压强为0.3MPa。
优选地，上层泡沫板采用密度为18g/cm3、厚度1cm的泡沫板。
优选地，所述固定结构包括中后足粘带和前足粘带，中后足粘带和前足粘带采用子母扣魔术贴，以便快速固定和拆卸。
优选地，所述防护结构的形状为椭圆形结构，并且其宽度尺寸为军靴宽度的2倍，长度即方向的尺寸为军靴长度的1.5倍。
优选地，所述侧方织物面层由透气、可变形材料制成。
优选地，上、下层泡沫板与侧方织物面层通过粘合或缝合方式拼接而成。
优选地，使用时，将所述防护结构整体穿戴于军靴外部，在着陆时，根据使用者足部部位率先着陆，对应足部部分的区域所有气囊格同步产生泄气，所有所述泡沫板同步断裂，以缓冲着陆冲击。
与现有技术相比，本发明具有如下改进及优点：
其一：本发明中的防护结构在使用时是穿戴在伞兵本身需要穿戴的军靴和护踝结构之外的，作为穿戴于伞兵军靴鞋底处的外部可拆卸结构，能够实现防护缓冲的同时可实现快速拆卸，有利于伞兵快速作战；
其二：靴和护踝是目前伞兵普遍采用的防护装备，对足踝起到一级防护作用。本申请的多区域泄气式缓冲结构作为附加防护装置，起到加强并提升防护效果的作用；
其三：通过设置适当的临界冲击力，能够保证防护结构在受到冲击超过预设值时发乎作用，防止误触发，导致结构提前自毁失效；
其四：在着陆冲击时，上层泡沫板首先断裂破碎，随后周围织物出现褶皱变形收缩，与冲击力一起继续激发气囊结构，使气孔塞弹出，各区域开始缓慢泄气，直到结构达到完全变形，卸载过程完成，通过这样的卸载过程，延长了地面对足踝的冲击作用时间，能够降低地面反作用力冲击力大小，从另一个方面提升了防护效果，伞兵着陆后，直接拆卸中后足的粘带和前足粘带，方便快捷，不影响伞兵的进一步作战。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1不同高度跳下时的足部冲击力测试数据表；
图2军靴和防护结构；
图3是气孔塞结构示意图；
图4是图2中A-A处的解剖图；
图5是图2中B-B处的解剖图；
图6是气囊格充气状态示意图；
图7是缓冲区的泄气状态示意图。
1、军靴；2、中后足粘带；3、前足粘带；4、防护结构；5、气孔塞；6、缓冲区；7、上层泡沫板。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先需要说明的是，针对伞兵的足部防护，无论国内还是国外，目前的主要方法为，伞兵穿上护踝袜或者在足部缠上绷带，然后整个脚穿进军靴中，最后在军靴外侧穿上刚性或半刚性的靴外护具。整个流程比较繁琐，并且不能完全避免着陆时的足踝损伤。
本申请通过数据测试、数据分析进行研究，针对目前防护结构的防护效果有限的原因进行结构设计，具有较高的应用价值。
为了明确伞兵着陆导致损伤的原理，首先进行了力学测试实验。我国采用双足平行着地的方式着陆，这种方式的好处是能够在一定程度上增大足部的接触面积，从而缓解压力集中现象。在实验环境下，通过专业人员测试离地面52cm、82cm和152cm等不同高度的着陆冲击，结果表明体重约70kg的正常人从不同高度(52cm、82cm和152cm)跳下，着陆于压力板上，测得的峰值冲击力分别是7100N、10000N和14960N。在从高度152cm跳下时足部受到的冲击力是从高度53cm跳下的两倍多，即随着陆高度的增加，地面对足底的反冲击力逐渐增大(图1所示)，跳伞着陆高度远高于实验测试高度，着陆速度更快，足部受到更大的冲击力。进一步通过力学模拟着陆过程的受力情况，足部的腓骨远端和跟腓韧带近端出现较大水平的应力集中，也就是说，在着陆直接冲击情况下容易造成腓骨远端骨折或跟腓韧带的撕裂，这两个部位的风险最大，这无论是双足着地还是护踝结构都无法避免上述问题。
本申请提出了一种通过多区域泄气的方式，能够吸收冲击能量，延长冲击力的卸载时间，从而降低着陆时足部受到冲击力，进而降低腓骨远端和跟腓韧带近端的瞬时应力，能够在较大程度上保护伞兵着陆时的足部健康安全，有利于快速进行下一步作战。
本发明提供一种多层自损式缓冲防护结构，包括：防护结构4包括由上下两层泡沫板和固定包覆在泡沫板周边的侧方织物面层构成，并且三者之间设置有气囊结构；
气囊结构平面上分布有对应人体足部结构的前足区域、中足区域、后足区域，每个区域相互不连通，并构成缓冲区6，所有缓冲区6能够根据人体足部的部位的着陆顺序而对应式的产生泄气缓冲；
所述气囊结构可设置单层或多层；
所述防护结构4还包括有固定结构，所述固定结构用以将防护结构4固定于足部。
优选地，前足区域、中足区域、后足区域分别划分有多个气囊格；每个气囊格具有至少一个用以密封气囊格内部的气孔塞5，气孔塞5的孔嘴及塞帽暴露于侧方织物面层外；当气囊格受到的压力达到气孔塞5弹出的临界压强时，所述气孔塞5弹出以迫使气囊格泄气；
每个区域中的所有气囊格相互连通。
优选地，气孔塞5弹出的临界压强为0.3MPa。
优选地，上层泡沫板7采用密度为18g/cm3、厚度1cm的泡沫板；上述参数经过了实验验证，当穿戴上述1cm厚泡沫板，从30cm高度跳下时受到的1000N左右的冲击力能够保证泡沫板出现折断，因此可用于防护结构4的上表面层，能够在冲击瞬间断裂并激发气囊层发挥作用。该泡沫板同时具有一定的支撑强度，能够支撑80KG成人正常步态行走不至于提前断裂。
优选地，所述固定结构包括中后足粘带2和前足粘带3，中后足粘带2和前足粘带3采用子母扣魔术贴，以便快速固定和拆卸。
优选地，所述防护结构4的形状为椭圆形结构，并且其宽度尺寸为军靴1宽度的2倍，长度即方向的尺寸为军靴1长度的1.5倍；防护结构4的具体尺寸依据每个人脚的大小调整，如图2所示。基本规则为：形状为近似的椭圆形结构，宽度即A-A方向的尺寸为军靴宽度的2倍左右，长度即B-B方向的尺寸为军靴长度的1.5倍，比如鞋码为42的鞋，其长度为26—28cm，则配置的多层缓冲结构的长度为39-42cm，整体厚度为统一规格30cm，这样的设计不仅能够适应于不同人的鞋子保证防护作用，还便于实现批量化生产。
优选地，所述侧方织物面层由透气、可变形材料制成。
优选地，上、下层泡沫板与侧方织物面层通过粘合或缝合方式拼接而成。
优选地，使用时，将所述防护结构4整体穿戴于军靴1外部，在着陆时，根据使用者足部部位率先着陆，对应足部部分的区域所有气囊格同步产生泄气，所有所述泡沫板同步断裂，以缓冲着陆冲击。
本发明中的防护结构在使用时是穿戴在伞兵本身需要穿戴的军靴和护踝结构之外的，作为穿戴于伞兵军靴鞋底处的外部可拆卸结构，能够实现防护缓冲的同时可实现快速拆卸，有利于伞兵快速作战。军靴和护踝是目前伞兵普遍采用的防护装备，对足踝起到一级防护作用。本申请的多区域泄气式缓冲结构作为附加防护装置，起到加强并提升防护效果的作用。具体使用时，伞兵在跳伞前一刻将本申请的防护结构整体穿戴于军靴外部，即通过中后足粘带2和前足粘带3，把本申请的多区域缓冲防护结构4上固定在军靴底部。本申请防护结构的工作原理是：在着陆冲击时，上层泡沫板7首先断裂破碎，随后侧方织物面层出现褶皱变形收缩，与冲击力一起继续激发气囊结构，使气孔塞5弹出，各区域开始缓慢泄气，直到结构达到完全变形，卸载过程完成，泄气状态如图7所示。通过这样的卸载过程，延长了地面对足踝的冲击作用时间，能够降低地面反作用力冲击力大小，从另一个方面提升了防护效果，操作方便快速。伞兵着陆后，直接拆卸中后足粘带2和前足粘带3，方便快捷，不影响伞兵的进一步作战。
上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于，防护结构(4)包括由上下两层泡沫板和固定包覆在泡沫板周边的侧方织物面层构成，并且三者之间设置有气囊结构；
气囊结构平面上分布有对应人体足部结构的前足区域、中足区域、后足区域，每个区域相互不连通，并构成缓冲区(6)，所有缓冲区(6)能够根据人体足部的部位的着陆顺序而对应式的产生泄气缓冲；
所述气囊结构可设置单层或多层；
所述防护结构(4)还包括有固定结构，所述固定结构用以将防护结构(4)固定于足部。
2.根据权利要求1所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：前足区域、中足区域、后足区域分别划分有多个气囊格；每个气囊格具有至少一个用以密封气囊格内部的气孔塞(5)，气孔塞(5)的孔嘴及塞帽暴露于侧方织物面层外；当气囊格受到的压力达到气孔塞(5)弹出的临界压强时，所述气孔塞(5)弹出以迫使气囊格泄气；
每个区域中的所有气囊格相互连通。
3.根据权利要求2所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：气孔塞(5)弹出的临界压强为0.3MPa。
4.根据权利要求1所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：上层泡沫板(7)采用密度为18g/cm3、厚度1cm的泡沫板。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：所述固定结构包括中后足粘带(2)和前足粘带(3)，中后足粘带(2)和前足粘带(3)采用子母扣魔术贴，以便快速固定和拆卸。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：所述防护结构(4)的形状为椭圆形结构，并且其宽度尺寸为军靴(1)宽度的2倍，长度即方向的尺寸为军靴(1)长度的1.5倍。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：所述侧方织物面层由透气、可变形材料制成。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：上、下层泡沫板与侧方织物面层通过粘合或缝合方式拼接而成。
9.根据权利要求2所述的一种多区域泄气式鞋底缓冲防护结构，其特征在于：使用时，将所述防护结构(4)整体穿戴于军靴(1)外部，在着陆时，根据使用者足部部位率先着陆，对应足部部分的区域所有气囊格同步产生泄气，所有所述泡沫板同步断裂，以缓冲着陆冲击。
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