CN1956654A - 马掌 - Google Patents

Abstract

本发明涉及马掌，它适应在马蹄碰撞地面期间马蹄的自然膨胀和相对运动。本发明的马掌(200)是用固体同质金属制成的。所述马掌包括脚趾部分(210)，两个侧面部分(215)和两个脚跟部分(220)。在每一个侧面部分(215)上提供至少一个弯曲的铰接部分(216)，所述铰接部分是通过马掌(200)的局部结构弱化部分实现的。根据本发明的一种实施方案，所述马掌具有隆起(225)。隆起具有位于脚趾部分的第一种形状(a)和位于侧面部分的第二种形状(b)，其中，所述第二种形状的横截面积比第一种形状的小，所述过渡部分形成了结构弱化部分。

Description

马掌

技术领域

本发明涉及马掌，它适应在马蹄碰撞地面期间马蹄的自然膨胀和相对运动。具体地讲，本发明涉及同固体同质材料制成的马掌。

背景技术

为了保护马蹄和增强马蹄的性能，马蹄业已使用了几个世纪。当今，有多种适合不同品种和不同任务的多种马掌可供使用。具体地讲，在赛马和小跑(轻驾车赛)中，更关注的是提供有助于优化马在跑道上的性能的马掌，在短期或长期使用时不会造成伤害。例如，当今常用的马掌是用钢铁，铝合金，和钛制成的。较少见的是使用有或没有金属加固的塑料和橡胶马掌。通常马掌是昂贵的，并且对于从事训练和赛马的马匹来说几周时间就会磨损。综上所述，为马匹提供适合赛马的马掌的成本是值得考虑的。另外，经常性地重新钉马掌，就存在损害马蹄的危险。

如果理解了与马蹄撞击地面并且与地面相互作用的某些生物力学事件的话，就能更好地理解现有技术和本发明。马蹄的生物力随后将被称作马蹄机制。

在图1中示意性地示出了马匹的典型的前足或蹄 100。后足是类似的，不过，后足的脚趾比前足的脚趾更尖。马蹄100通常被划分成五个相对独立部分，脚趾110，侧部(quarters)115，脚跟120，马蹄楔125和足底130。马蹄100的最外面的部分是壁135。壁135通常在脚趾110处最厚，并且向脚跟120处逐渐变薄。在所述壁的内部是足底130。在壁135和足底130之间是白线140。在脚跟120处，壁135向内转向，以便形成条145，它们是彼此相向会合的。马蹄楔125位于条145和足底130之间。壁135，条145和马蹄楔125是马蹄100的主要的承重结构。除了位于白线140内部的大约一厘米宽或更窄的条之外，足底通常不能承受重量。

马蹄楔125可以被看作是马的脚垫，并且是马蹄100最有弹性的结构。当马蹄100撞击地面时，脚跟120膨胀，有助于震动的分布。脚跟115通常轻微地落在脚趾110的前方，并且由此导致了直接的脚跟膨胀，在附图中用箭头150表示，它是由于马蹄楔125的动作产生的。由于马蹄楔125被强制向上，蹄楔棘(马蹄楔125的中央棘)插入蹄垫的作用，位于马蹄楔125的上方，在马蹄100的内部。由此迫使蹄垫膨胀，主要是沿向外的方向膨胀，因为在它其他方向上它受到马蹄100结构的限制。蹄楔棘从下面自然地向上运动，限制了蹄垫的末端膨胀。在马蹄从跑合面上抬起之后，脚跟部位收缩。在撞击期间马蹄发生旋转运动，从脚跟向脚趾旋转，由此导致马蹄部分同样沿上/下方向的相对运动(垂直于由马蹄底部形成的平面)。简而言之，不受约束的(光脚的)马蹄相对马蹄的中央表现出沿径向方向的膨胀和收缩，以及沿马腿方向的相对运动。这种马蹄机制降低了通过与地面碰撞产生的力，增加了对地面的抓力，并且产生了流体在马匹四肢末端的流动。

典型的现有马掌限制了脚跟115的膨胀，导致马蹄100和马腿应力的增加，特别是在诸如赛马的极端情况下更是如此。据信，马蹄开裂的发生有时候是通过马蹄的弯曲和扩展动作以及马蹄作用在与基本上不可弯曲的马掌相关的钉子上造成的。已知钢铁马掌在这方面比铝或钛马掌的柔韧性更高，不过，都倾向于限制马蹄的自然运动达到过高的程度。另一方面，弹性材料的马掌，如聚氨酯马掌倾向于是柔性的，因此不能提供足够的支撑。具体地讲，已证实聚氨酯马掌具有明显的偏移倾向，这有可能导致诸如小石子的物体进入马掌和马蹄之间。由此可能削弱脚步，并且有可能对马蹄造成伤害。

适合适应马蹄机制的马掌在本领域中是已知的。在US 6,497,293中披露的一种方法是用弹性材料制成马掌，这种马掌具有多个金属插入物。例如，所述弹性材料可以是天然橡胶，合成橡胶或聚氨酯，以及金属插入物铝或钢。所述金属插入物是刚性的，并且设计成使马掌的某些部分在金属插入物之间具有较大的弹性。复合马掌通常做得较高或宽。高马掌的缺陷是与地面的摩擦力增加的太大，并因此在碰撞期间导致过快和刚性的停止。快速停止增加了马蹄，马脚，马腿和关节的压力和应力。另外，根本上不同的材料最有可能具有不同的耐摩性，随着马掌磨损，它有可能导致马掌性能的不希望的突然的改变。

US 6,082,462披露的马掌包括多个用相对柔性的材料制成的部分，它们通过柔性材料和柔性结构彼此结合在一起。所述柔性材料和结构形成了铰接点，允许马掌的各个柔性部分之间的相对运动。因此，在碰撞期间，所述马掌可以随着马蹄一起扩展。不过，所披露的马掌是复杂的，并且考虑在碰撞期间出现的力和所需要的耐磨性，刚性材料(金属)与柔性材料或结构之间的结合价值不高。

另外，上面所讨论的马掌的共同缺陷是，需要相对复杂的生产工艺，包括材料，即金属和塑料，它们是用根本不同的工艺制成的。这通常会导致高成本产品。

发明内容

本发明的一个目的是在马蹄碰撞地面期间适应马蹄的自然膨胀和相对运动的马掌，同时提供了对马蹄的足够的支撑。另外，所述马掌应当具有高耐磨性，并且不可避免的出现的磨损应当是可控制和可预测的。马掌应当能够以合理的成本生产。

权利要求1所述的马掌解决了以上问题。

为了实现上述目的，提供了本发明的用固体同质金属制成的马掌。所述马掌包括脚趾部分，两个侧面部分和两个脚跟部分。在每一个侧面部分提供至少一个弯曲的铰接部分，所述铰接部分是通过马掌的局部结构弱化部分实现的。

根据本发明的一种实施方案，马掌包括大体上扁平的接近于U-形的主体和在所述主体外部形成并且沿该主体延伸的隆起。所述隆起具有位于脚趾部分的第一种形状和位于侧面部分的第二种形状，并且隆起的第二种形状的横截面积比第一种形状的小，并且，第一和第二种形状之间的过渡部分形成了所述铰接部分。铰接部分优选是在接近脚趾部分形成的。对于马蹄来说，所述铰接部分应当位于相当于从脚趾对马蹄的侧部处的过渡部分。

根据本发明的另一种实施方案，所述隆起在两个侧面部分的每一部分具有至少一个切口，以便缩小隆起的横截面积，所述隆起位于铰接部分。另外或作为组合，在铰接部分设置了穿过马掌主体的通孔。

本发明的马掌是用钢材制成的，优选用硬化的硼钢材料制成，通常其硬度超过10HRC，更优选超过30HRC。

在本发明中，提供了适应马蹄机制的马掌，并且仍然能提供对马蹄的足够的支撑，并且是耐磨的。与现有技术相比，本发明的马掌具有马掌的柔性，它是由铰接部分决定的，铰接部分是马掌的整体部分，不是作为复杂的铰链提供的或者需要不同材料的结合。由此大大简化了其结构，并且提供了更可靠的产品，例如，具有更高的耐磨性。

在从属权利要求中限定了本发明的实施方案。通过结合附图和权利要求书进行的以下对本发明的详细说明，可以了解本发明的其他目的，优点和新的特征。

附图说明

下面将结合附图详细说明本发明

图1是马蹄各部分的示意图；

图2a是本发明的马掌的示意图，而图2b是它的端视图；

图3是根据本发明优选实施方案的马掌的示意图；

图4a和b示意性地表示在本发明的马掌上出现的弯曲；和

图5是安装在马蹄上的本发明的马掌的示意图。

具体实施方式

图2a表示本发明的马掌，从它的底部显示马掌200，即马掌与地面相互作用的一面。图2b是从所述底部略微抬高的示意图。支撑马蹄的上部是大体上扁平的。马掌包括较薄的，即与传统马掌相比较薄的主体205，并且被分成多个部分：脚趾部分210，两个侧面部分215和两个脚跟部分220。使这些部分分别相应于马蹄100的脚趾110，侧部115和脚跟120。马掌200通常是U-形形状的，使脚趾部分210中间的中线(虚线)将所述U形分成两部分。主体205在脚趾部分210和脚跟部分220比在侧面部分215更宽。隆起225，或凸起(grap)是在主体205的外部形成的，并且沿整个主体205延伸，隆起225的外壁226大体上与主体205的外侧周边对齐。隆起的外壁226大体上垂直于马掌200的扁平的上表面，并且外部上边缘227是圆形的。隆起上可以具有多个切口229，这些切口可以降低重量并且增加抓地力。侧面部分215具有多个通孔230，延伸穿过主体205，以便用于容纳将马掌200固定在马蹄100上的钉子。马掌205是用同质固体材料制成的，优选以高硬度为特征的钢材。下面将提供所述材料的合适特性和可用材料的例子。

与诸如铝或钛的刚性更高的材料相比，选择具有固有的弹性特性的钢材，同时与马掌的几何形状组合，提供了生产能适应马蹄机制同时柔韧性又不太高的马掌的可能性，过高的柔韧性会损害对马蹄的支撑。应付马蹄膨胀和收缩所需要的柔韧性，即在由马掌的扁平的上表面所形成的平面上的膨胀和收缩，优选在2-5mm的数量级上，它是以脚跟部分220的尾端的相对运动形式测定的。这种现象在图2b中用箭头280表示。

沿向上和向下方向的柔韧性，即沿大体上垂直于由马掌200在静止时的扁平的上表面所形成的平面的方向上的柔韧性，可以大于沿侧面方向的柔韧性，而又不会使马蹄的支撑产生不利影响。马掌的下/上方向的柔韧性优选在5-25mm的数量级上，是以与脚趾部分210相比脚跟部分220后部的抬升形式衡量的，尽管马蹄沿该方向的运动通常低于10mm。马掌沿上/下方向的柔韧性在图2b中通过箭头285示意性地表示。应当理解的是，所述运动可能同时沿一个以上方向进行。然后马掌200的柔韧性要经受在使用时通常出现的力，是完全的弹性弯曲，即在所述力解除之后，马掌应当保持其原始形状。马掌上弯曲的发生应当尽可能地大，以便适应如上文所述的马蹄机制和马蹄的相对运动。

根据本发明，在每一个侧面部分215上提供至少一个弯曲的铰接部分，或弯曲的起始部分。弯曲的铰接部分216是通过在每一个侧面部分215上形成马掌200的结构弱化部分实现的。铰接部分216位于侧面部分215的最前面部分，并且靠近脚趾部分210。如果与马蹄100相对应，铰接部分216应当优选位于从脚趾110到侧部115的过渡部分。由于马掌200是用同质固体金属，优选大体上弹性的钢铁制成并且迫使所述弯曲应当是弹性的这一事实，应当理解的是，与铰接部分216相关的弯曲是在马掌200的一部分上发生的。

根据本发明优选实施方案，铰接部分216主要是通过改变隆起225的形状实现的，正如在图4中所示出的马掌的不同剖面的横截面上示意性地示出的。脚趾部分210上的隆起225的截面(a)大体上是矩形的(具有一个圆角)，形成了内部隆起的壁228，它大体上垂直于主体205。在侧面部分215上，隆起的厚度降低，以便形成铰接部分216，例如，优选通过降低隆起的上部厚度实现，使隆起内壁228和主体205之间的角度超过90度。侧面部分215上的隆起225的截面(b)优选具有梯形形状，使两条平行边中的上面一条比下面一条短。因此，在侧面部分215上，出现了隆起形状的过渡，以便减少隆起部分的材料数量，分别是通过脚趾(a)和正面部分(b)的隆起的剖视图的减少部分表示的。横截面积的减少优选在20-40％的数量级上。因此，通过与发生在侧面部分215上的主体205宽度的减少组合，在每一个侧面部分上形成了用马掌作弹性运动的轮廓分明的铰接部分216。隆起的第一种形状(a)和第二种形状(b)之间的过渡部分可以延伸到侧面部分215的一部分上，正如图2中所示出的。这些部分被称作正面部分217。因此，侧面部分215包括正面部分217和后面部分218。正面部分217优选明显短于后面部分216，一般并且优选在长度为1cm的数量级上，或者构成马掌总长度的的大约10％。在有关马蹄机制和相对运动的上述条件下，制成了马掌200，以便弯曲的主要部分局限于侧面部分215。具体地讲，马掌200的几何形状是这样设计的，以便将弯曲的主要部分限制在正面部分217。优选所有弯曲的50％以上，更优选马掌的所有弯曲的大约80％在正常使用时被局限于正面部分217。

通过减少正面部分217的材料用量可以进一步增强轮廓分明的铰接部分216的形成，例如，通过使切口250处在隆起上与隆起厚度改变相同的位置和/或在主体205的相同部位提供通孔255。另外，结构弱化部分可以被视为侧面部分215上每长度单位的材料减少。与脚趾部分210的相等长度部分相比，正面部分217上总材料量的减少优选超过40％。

在侧面部分215降低主体205的厚度所具有的优点还表现在将马掌结合在每一个马蹄上。所述结合主要包括使马掌在侧面部分215加宽或变窄，并且在以上部位的窄的主体205会防止马掌200偏移。铰接部分216还可以通过局部改变马掌的材料性质形成，例如，设计成使得钢铁在正面部分217的硬度较小。

根据本发明的优选实施方案，脚趾部分210和脚跟部分220大体上是刚性的。通过改变隆起225的厚度和/或形状可以进一步调整侧面部分215的柔韧性。在图3中示出了隆起225的进一步降低，体现在它在形成从正面部分217到后面部分218的过渡部分的横截面积(c)上。在图4a和4b中示意性地示出了根据所述优选实施方案的马掌200的弯曲表现。在图4a中，对脚跟部分施加由箭头410表示的向外的力。所述向外的力在正面部分217的铰接部分216表现出起点，并且所述弯曲连续到整个正面部分217。虚线表示马掌200在静止时的内部边缘。根据所述优选实施方案的马掌表现出的弯曲为大约30％(3-5mm，与上述要求相比)，负荷大约等于40kg。弯曲线性上升为110kg。在图4b中，脚趾部分保持固定，并且对一个脚跟部分220施加由箭头405所示出的向上的力。所述弯曲(在示意图中放大了)表现出大体上位于正面部分217的铰接部分216的起点，并且弯曲延伸到整个正面部分217和后面部分218，形成向上的弯曲。产生沿上/下方向的大约5mm的弯曲所需要的明显低于沿向外方向所需要的力(图4a)。

如上文所述，本发明的装置提供了沿某些方向的柔韧性，并且正如本领域技术人员所能理解的沿以上方向的组合。不过，正如在背景技术部分所述，马掌的偏移，特别是脚跟部分220的偏移应当避免。本发明的马掌200表现出可以忽略的偏移；以便向内转动脚跟部分，因为要在它的外侧产生1mm的间隙需要超过相当于1500kg的力。

在本发明的另一种优选实施方案中，还在马掌的脚跟部分220降低了隆起225，可能比在侧面部分215更进一步的降低，在脚跟部分220的隆起的内壁和主体205之间形成更大的角度。由于在脚跟部分主体205具有较大的宽度，脚跟部分本身是相对刚性的，至少在径向方向上是刚性的。在脚跟部分的上/下方向上柔韧性更大，并且有助于跟随马蹄机制。在脚跟部分的主体205的较大的宽度有助于支撑马蹄。另外，较大的宽度能防止脚跟部分沉入地面。

在图5中示出了安装在马蹄上的本发明的马掌。不仅要小心提供适应马蹄机制的马掌，而且在其他方面还要增强其性能，并且以符合未钉马掌的马蹄功能的方式增加支持。隆起225具有大体上垂直的外壁，并且放入所述主体的外部，它可以被看作是马蹄的侧壁135的自然延长部分。与传统马掌不同，本发明的马掌200只提供了一个隆起225，它是向内的，随后的扁平的主体205。所述新的几何形状在脚部的推进阶段在足底130上提供了容纳更多材料，例如，砂砾的空间。由此增加了抓地力，并因此改善了马的平衡。新型马掌200的总体上具有较小的高度，使得在碰撞期间具有较小的摩擦力，能够保持在地面上自然地轻微地滑动，由此减弱了对马蹄，脚，和腿产生的反冲力。

本发明的马掌利用了固体同质材料，优选钢铁的固有弹性特征。合适的弹性模量是钢材所需要的典型模量，即大约200GPa。所述材料应当优选具有高硬度，优选超过10HRC，甚至优选超过30HRC。合适的钢铁可以通过商业渠道获得，例如，由供应商Fundia/Ruukki工业集团提供的硼钢SB27M12CB。所述生产方法是根据常规的已知方法改进的。对钢铁进行硬化和退火。

通过以上所披露的发明可以看出，本发明能够以多种方式加以改变。这些改变不被认为超出了本发明的构思和范围，并且正如本领域技术人员显而易见的，所有这样的改进都被认为属于以下权利要求书的范围。

Claims (8)

1.一种用固体同质金属制成的马掌，包括脚趾部分(210)，两个侧面部分(215)和两个脚跟部分(220)，其特征在于在每一个侧面部分(215)提供至少一个弯曲的铰接部分，所述铰接部分(216)是通过马掌(200)的局部结构弱化部分实现的。

2.如权利要求1的马掌，其特征还在于大体上扁平的接近于U-形的主体(205)，和在所述主体外部形成并且沿主体(205)延伸的隆起(225)，所述隆起(225)具有位于脚趾部分(210)的第一种形状和位于侧面部分(215)的至少第二种形状，其中，所述隆起的第二种形状的横截面积比第一种形状的小，并且第一和第二种形状之间的过渡部分形成了铰接部分(216)。

3.如权利要求1或2的马掌，其中，适合马掌做跳跃运动的铰接部分(216)是在靠近脚趾部分(210)的地方形成的。

4.如权利要求1或2的马掌，其中，适合马掌做跳跃运动的铰接部分位于相当于从马蹄(100)的脚趾(110)到侧部(115)的过渡部分。

5.如权利要求2-4中任意一项的马掌，其中，所述隆起(225)在两个侧面部分(215)中的每一个上具有至少一个切口(250)，以便缩小隆起的横截面积，并且切口(250)位于铰接部分(216)上。

6.如权利要求2-5中任意一项的马掌，其中，所述主体(205)在两个侧面部分(215)中的每一个上具有至少一个通孔(255)，以便降低隆起的横截面积，并且通孔(255)位于铰接部分(216)上。

7.如上述权利要求中任意一项的马掌，其中，所述马掌(200)是用硬化的硼钢材料制成的。

8.如上述权利要求中任意一项的马掌，其中，所述马掌(200)是用硬度超过10HRC，更优选超过30HRC的钢材制成的。

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