Способ разработки теплозащитной конструкции брюк повышенной комфортности

Способ разработки теплозащитной конструкции брюк повышенной комфортности заключается в том, что эргономическую выпуклость передней половинки брюк на участке колена обеспечивают растворами вытачек, ориентированных на выпуклость в области коленного сустава, в комбинации с настрочным конструктивным элементом с прослойкой утеплителя. Раствор вытачек рассчитывают на основе системы геометрического баланса конструкции брюк в положении сидя, а толщину дополнительной теплозащитной прослойки рассчитывают на основе данных теплопродукции согнутого участка ноги, характерного положению сидя, для чего используют теплофизический коэффициент. Изобретение обеспечивает повышение уровня тепловой защиты и исключает излишнее напряжение изделия при сгибании ноги. 1 табл., 4 ил.

 

Известен способ разработки конструкции теплозащитных брюк, основанный на предварительном расчете величины теплового сопротивления пакета материалов в области бедра и голени и построении теплозащитной конструкции брюк с определенной прибавкой по лини талии и распределением толщины пакета утепляющих материалов по участкам бедра и голени. [Промышленное проектирование специальной одежды / Кокеткин П.П., Чубарова З.С., Афанасьева Р.Ф. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 182 с./. Комфортность брюк специального назначения для защиты от пониженных температур определяется правильным выбором прибавки на свободное облегание, рассчитанной, исходя из температурных условии внешней среды, на характеристики теплозащитных материалов, выбранных в пакет, и температуру кожи на участке разрабатываемой одежды. Однако величина припусков на свободное облегание оказывает влияние не только микроклимат в пододежном пространстве, но и на свободу движения.

Предложены коэффициенты распределения толщины пакета материалов спецодежды (брюк) по областям тела, учитывая среднюю толщину пакета материалов одежды в целом, представленные ниже.

Область тела	Средняя толщина пакета материалов, мм
	6-13	13-23	24-36
Бедро	1,13	1,08	1,07
Голень	0,9	0,81	0,86

Как видно из таблицы, области тела для проектирования теплозащитных брюк рассматриваются только на участке бедра и голени; область коленного сустава отдельно не рассматривается.

Используя эти коэффициенты, находят толщину пакета материалов спецодежды (в частности брюк), которая рекомендуется быть следующей: бедро 16,2 мм, голень 12,1 мм. Исходя из вышеуказанных данных, получают общие параметры прибавки на свободное облегание на участках талии, бедер, по низу брюк, а в области колена согласно предложенному способу конструирования прибавка на свободное облегание расчетным путем не получена. Ширина брюк в области колена определена общей свободой брюк на всех других участках. Схема конструкции теплозащитных брюк, основанная на данном способе, представлена на фиг.1. Данный способ построения основан на изучении антропометрических характеристик тела человека в статике и динамике, и данные используются в среднем для большинства распространенных поз человека. Для комфортного динамического соответствия в положении согнутой ноги участков конструкции брюк считается, что общей ширины изделия на участках обхвата талии, бедер и низа брюк достаточно и для участка колена, исходя из самих построений конструкции. Таким образом, может быть получен исходный шаблон брюк для статической типовой фигуры без учета полного динамического и одновременно теплофизического комфорта.

Экспериментально установлено, что в положении "сидя" предложенная конструкция теплозащитных брюк не только не обладает необходимым эргономичным запасом выпуклости в области колена, но и не решает основную свою задачу - обеспечение теплового комфорта. Это происходит, так как изменение положения коленного сустава приводит к дополнительному напряжению и давлению на теплозащитный пакет одежды со стороны внутренней поверхности на этом участке. Утепляющий пакет материалов утоняется, теряет заданное расчетное тепловое сопротивление и приводит к избыточному охлаждению ног в области колена. Это особенно опасно, когда деятельность человека связана с продолжительным статичным пребыванием на холоде в положении сидя.

Известен способ построения шаблона брюк усовершенствованной конструкции для изделий преимущественно промышленного назначения /Патент РФ 2004172 С1 15.12.1993/, целью которого является одновременное улучшение качества посадки брюк за счет обоснованного преобразования формы и длины срезов шаблона брюк и повышение удобства брюк при их эксплуатации за счет более полного учета характерной рабочей позы.

Поставленная цель достигается тем, что исходный шаблон конструкции брюк разрезают по диагонали, соединяющей вершины шаговых срезов передней и задней деталей шаблона с точками уровня бедер на боковых срезах. Полученные нижние части передней и задней деталей поворачивают в сторону боковых срезов относительно линий сгибов на угол α, который рассчитывают по формуле

α=Θ·К,

где α - конструктивный параметр углового поворота шаблона;

Θ - угловой биомеханический параметр, характеризующий отведение ноги в тазобедренном суставе по отношению к вертикали;

К - коэффициент, характеризующий объемно-силуэтную форму исходного шаблона брюк в зависимости от степени прилегания брюк в области линии шага.

После этого уменьшают длину шаговых срезов деталей путем наложения и раздвижения деталей и получают контуры промежуточного шаблона передней и задней деталей брюк, затем промежуточный шаблон передней детали брюк разрезают по линии сгиба, а промежуточный шаблон задней детали - по линии сгиба колена, соединяют внутренние части деталей брюк по шаговым срезам с образованием наложения верхней и нижней частей задней детали в области колена, формируя тем самым внутреннюю деталь промежуточного шаблона брюк (с передним, задним, верхний и нижними срезами), а боковые части деталей брюк соединяют по боковым срезам с образованием наложения верхних и нижних задней детали в области колена, формируя внешнюю деталь промежуточного шаблона брюк (передним, задним, верхним, нижним срезами), затем сформированные детали промежуточного шаблона разрезают по горизонтали, проведенной через точку пересечения продолжений линий уровня бедер каждой детали, и поворачивают нижние части деталей в направлении линий переднего среза относительно вертикали, проведенной через указанную точку, на угол β, который рассчитывают по формуле

β=ϕ·К,

где β - угол переднезаднего поворота частей шаблона;

ϕ - угол, характеризующий взаиморасположение тазового и бедренного сегментов фигуры.

После этого уменьшают длину переднего среза и увеличивают задний срез посредством наложения частей по передним срезам и раздвижением по задним срезам внутренней и внешней деталей шаблона, формируя детали окончательного шаблона брюк с оформлением контуров известным способом.

Таким образом, учет движений работающих при преобразовании шаблона брюк через угловые конструктивные параметры и объемную форму исходного шаблона позволяет обеспечить высокую степень свободы ног.

Постановка задачи описанного выше способа достаточно близка с точки зрения динамического соответствия. То есть, поставлена и решается задача снижения ограничений при сгибании ноги в коленном суставе и повышения комфортности человека в брюках в положении сидя. Однако данная задача решается применительно к однослойным изделиям. Вторая проблема - обеспечение одновременного теплового комфорта наряду с динамическим соответствием.

В предлагаемом способе эргономическую выпуклость передней половинки брюк на участке колена обеспечивают растворами вытачек, ориентированных на выпуклость в области коленного сустава, в комбинации с настрочным конструктивным элементом с прослойкой утеплителя, причем раствор вытачек рассчитывают на основе системы геометрического баланса конструкции брюк в положении сидя, а толщину дополнительной теплозащитной прослойки рассчитывают на основе данных теплопродукции согнутого участка ноги, характерного для положения сидя, для чего используют теплофизический коэффициент, К_тф, который является безразмерной численной величиной, характеризующей величину изменения удельного теплового потока, и определяется отношением величины удельных тепловых потоков со сферической и цилиндрической поверхностей, соответствующих изменению формы коленного сустава по формуле

где Q_сог - величина теплового потока со сферической поверхности, Вт;

Q_пр - величина теплового потока с цилиндрической поверхности, Вт,

при этом раствор одной вытачки B₁ для передней половинки брюк и В₂ для конструктивного элемента при n-количестве вытачек рассчитывают по формулам

где Δ - величина суммарного раствора вытачек, определяемая геометрически по данным динамического прироста и требуемой толщины воздушной прослойки между основной деталью и настрочным конструктивным элементом.

Способ заключается в сочетании, расчете и построении конструкции участка брюк и настрочного элемента - объемного наколенника (фиг.1).

Расчет раствора вытачек должен учитывать ряд факторов:

1. Антропометрическое соответствие конструкции движению сгибания ноги в коленном суставе.

2. Формирование поверхности кривизны в области коленного сустава, позволяющей оптимизировать тепловое сопротивление пакета посредством стабилизации толщины пакета.

Расчет суммарного раствора вытачек производится на основании величины динамического прироста на выбранном участке передней половинки брюк, при этом основная деталь остается цельной. Данная задача решена посредством экспериментального измерения динамического прироста длины исследуемого участка.

Раствор каждой вытачки для формирования выпуклости в области коленного сустава передней половинки брюк рассчитывается исходя из величины динамического прироста L1 и количества вытачек (по модели). Величина данного динамического прироста на участке брюк длиной 30 см в области коленного сустава составила 4,0 см.

Проблема оптимизации термосопротивления брюк нами решена за счет создания стабильной прослойки инертного воздуха между передней половинкой брюк и настрочным конструктивным элементом в области коленного сустава. Технически задача решена за счет формирования большей кривизны поверхности конструктивного элемента, по сравнению с соответствующим ему участком передней половинки брюк.

Толщина проектируемой теплозащитной прослойки должна быть оптимальна для компенсации локальных теплопотерь, вызванных изменением формы теплоотдающей поверхности коленного сустава в динамике.

Оценка изменения величины удельного теплового потока со сферической и цилиндрической поверхностей, образующихся в процессе сгибания ноги в коленном суставе осуществлена при помощи математической модели теплообмена. Нами введено понятие "теплофизический коэффициент" - К_тф, который является безразмерной численной величиной, и характеризует величину изменения удельного теплового потока. Он определяется отношением величины удельных тепловых потоков со сферической и цилиндрической поверхностей, соответствующих изменению формы коленного сустава и рассчитывается по формуле

где Q_сог - величина теплового потока со сферической поверхности, Вт;

Q_пр - величина теплового потока с цилиндрической поверхности, Вт.

Введение данного коэффициента обосновано отсутствием данных о величине теплопродукции на поверхности коленного сустава и обобщенным рассмотрением всех участков поверхности ноги в виде цилиндрических форм. Проведенные расчеты позволили получить величину теплофизического коэффициента, равную 1,3.

В предлагаемом способе получено для дальнейшего использования выражение для расчета толщины воздушной прослойки между основной деталью и настрочным конструктивным элементом, которая определяет толщину прослойки утеплителя, сохраняющей инертный воздух.

где λ_пак - теплопроводность пакета, Вт/м °С;

λ_возд - теплопроводность воздуха, Вт/м °С;

δ_пак - толщина пакета, м;

δ_возд - толщина воздушной прослойки, м.

Для варианта перепада температур 10°С был проведен расчет, подставляя в формулу 2 величины, полученные на основе рекомендаций /Промышленное проектирование специальной одежды. Кокеткин П.П., Чубарова З.С., Афанасьева Р.Ф. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 182 с./:

δ_пак=0.04 м, λ_пак=0.0495 Вт/м² С, λ_возд=0.026 Вт/м² С, К_тф=1.3, где кроме ранее использованным данным были дополнены расчета площади теплоизлучающей поверхности на участке согнутого (условно сферического) коленного сустава, существенно отличающейся от использованной ранее величины, рассчитанной без учета данного участка. Получены значения толщины воздушной прослойки δ_возд=0.007 м, которая в заданных условиях перепада температур оптимальна для обеспечения эффективной тепловой защиты зоны коленного сустава.

В предлагаемом способе для разработки способа расчета и построения вытачек положена модель, иллюстрирующая зависимость смещения центра окружности, условно представляющей собой сечение брюк на уровне линии колена, на величину припусков, необходимых для обеспечения антропометрического соответствия и тепловой защиты. При этом величина смещения а, м - рассчитывается исходя из динамического прироста при сгибании ноги в коленном суставе и обеспечивает антропометрическое соответствие конструкции брюк. Величина b, м - толщина прослойки инертного воздуха, необходимой для тепловой защиты в конкретных производственных условиях. Соответственно 1, м - длина дуги сечения исходного шаблона передней половинки брюк, 11, м - длина дуги с учетом суммарного раствора вытачек на антропометрическое соответствие, 12, м - длина дуги с учетом суммарного раствора вытачек конструктивного элемента (фиг.2).

Ширина передней половинки брюк 1, м рассчитывается по формуле

1=πr,

где r - радиус дуги образованной передней половинкой брюк, м.

Соответственно ее приращение на величины припусков составит

11=πr+2a;

12=πr+2а+2b.

Аналитический расчет раствора вытачек выполняется посредством анализа развернутой на плоскость модели сечения брюк на уровне колена (фиг.3).

Модель симметрична относительно осей Х и Y. Половина величины раствора вытачек для передней половинки брюк Δ1, для конструктивного элемента Δ2 определяется элементарным алгебраическим расчетом.

Рассматривая прямоугольные треугольники ОРМ с острым углом ϕ и ОРС с острым углом ϕ', прилежащий катет обоих треугольников равен половине заданной длины конструктивного элемента L/2, м, а основания - величине а, определенной на основании динамического прироста, и величине а+b, где b - толщина воздушной прослойки.

Величина а рассчитана по схеме, представленной на (фиг.4).

Выполняя ряд геометрических преобразований и применяя теорему синусов, получаем половину величины суммарного раствора вытачек для передней половинки брюк Δ₁, м и настрочного конструктивного элемента Δ₂, м

Раствор одной вытачки В1 для передней половинки брюк и В2 для конструктивного элемента при n-количестве вытачек (по модели) рассчитывается по формулам:

По последним формулам получаем половину значения суммарного раствора вытачек 0.03 м для передней половинки брюк и 0.04 м для конструктивного элемента, которые составят раствор каждой вытачки (для принятого в данной работе варианта двух вытачек).

Используя представленный выше способ расчета суммарного раствора вытачек в рамках известных методик конструирования, можно проводить построение конструкций брюк с необходимым уровнем тепловой защиты и высоким антропометрическим соответствием в области коленного сустава для работы при пониженных температурах в положении сидя.

Предложенный способ отличается высокой точностью, что значительно повышает качество теплозащитных изделий и уровень теплового и эргономического комфорта в целом.

Способ разработки теплозащитной конструкции брюк повышенной комфортности, преимущественно производственного назначения, отличающийся тем, что эргономическую выпуклость передней половинки брюк на участке колена обеспечивают растворами вытачек, ориентированных на выпуклость в области коленного сустава, в комбинации с настрочным конструктивным элементом с прослойкой утеплителя, причем раствор вытачек рассчитывают на основе системы геометрического баланса конструкции брюк в положении сидя, а толщину дополнительной теплозащитной прослойки рассчитывают на основе данных теплопродукции согнутого участка ноги, характерного положению сидя, для чего используют теплофизический коэффициент К_тф, который является безразмерной численной величиной, характеризующей величину изменения удельного теплового потока, и определяется отношением величины удельных тепловых потоков со сферической и цилиндрической поверхностей, соответствующих изменению формы коленного сустава по формуле

где Q_сог - величина теплового потока со сферической поверхности, Вт;

Q_пр - величина теплового потока с цилиндрической поверхности, Вт,

при этом раствор одной вытачки B₁ для передней половинки брюк и B₂ для конструктивного элемента при n-количестве вытачек рассчитывают по формулам

где Δ - величина суммарного раствора вытачек, определяемая геометрически по данным динамического прироста и требуемой толщины воздушной прослойки между основной деталью и настрочным конструктивным элементом.