鞋子接地角度对防滑性能的影响

1.引言

在劳动灾害类型中,跌倒事故发生率位居首位。据统计,在停工4天以上的工伤事故中,跌倒事故占比约24%。其中重要诱因之一在于鞋履在着地或踏步时的滑动现象。为防止此类事故,防滑性能优异的鞋具具有重要防护价值。这种防滑特性通常被称为”耐滑性”,其本质与步行过程中路面和鞋底接触面之间的摩擦力密切相关。鉴于当前劳动安全现状,近年来作业现场对具有卓越防滑性能的工作鞋及安全鞋的需求持续增长。

2.防滑性能评价体系

对于橡胶鞋底等弹性体材料而言,其摩擦特性往往超出传统材料力学的预测范畴。由于路面湿润程度、鞋底造型设计、材质选择等多重因素均会影响摩擦力,因此防滑性能评估必须依赖以下标准化实测方法:

依据国际标准ISO13287:2012《个人防护装备-鞋类-防滑性测试方法》以及日本工业标准JIS T 8106:2016《安全鞋及工作鞋防滑测试方法》的规定,防滑测试需采用专用检测设备。测试时将安装人工足的鞋具施加恒定的垂直载荷,在涂布润滑液(甘油水溶液)的测试台(主要采用SUS304不锈钢板)上实施滑动测试。通过计算水平力与垂直力的比值(动摩擦系数)来评定防滑性能。

现行标准除规定水平滑动测试外,还设定了模拟跌倒场景的7°倾斜测试方法:包括以脚跟先着地向前滑动,以及以前脚掌先着地向后滑动两种模式。然而实际步行过程中,由于个体步态差异,鞋具从着地到蹬离阶段会以不同角度接触地面。本研究通过实测步行时的鞋具接地角度(实际步行角度),系统评估不同接地角度对防滑性能的影响机制。

3.实验方法

通过影像记录5名受试者(3男2女)的步行过程,运用Kinovea视频解析软件精确测量步态周期中第2-3步的鞋跟与前掌接地角度。基于实测数据,在防滑测试机上模拟不同接地角度,系统研究角度参数与动摩擦系数的关联规律。本实验采用特制测试鞋,其鞋底采用丁苯橡胶(SBR)材质且纹路设计简约。

4.实验结果

实测数据显示:5名受试者鞋跟接地角度范围为16°-26°,前掌接地角度为13°-17°。通过绘制不同接地角度下的动摩擦系数曲线发现:水平状态(0°)时鞋跟与前掌均呈现最高动摩擦值。随着角度增大,动摩擦系数呈现梯度下降趋势。相较于水平状态,实际步行角度范围内的动摩擦系数显著降低:鞋跟部位(15-25°)降幅达46%-64%,前掌部位(15-20°)降幅为29%-35%。

5.结论与展望

实验证实:随着接地角度增大,动摩擦系数较水平状态呈现规律性衰减。因此,在现行标准规定的7°测试角度基础上,补充实际步行角度的评估体系,将更有效预测跌倒风险。需要强调的是,鞋底与路面的摩擦力会因步态特征和路面状况产生动态变化,作业现场选择安全鞋时应重点考量摩擦系数参数。根据JIS标准,通过规定条件测试的安全鞋将标注防滑等级:F1(动摩擦系数0.20-0.30)或F2(≥0.30),这为选配安全鞋具提供了重要参考依据。