快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)應(yīng)用于籃球鞋設(shè)計

孟繁濤

（泉州師范學(xué)院，福建 泉州 362000）

1 快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)應(yīng)用在籃球鞋設(shè)計中的理論基礎(chǔ)

籃球運動的特點就是頻繁地出現(xiàn)折返跑、跳躍和落地等動作。在這一高節(jié)奏和高強度的運動項目中，運動員雙腳的負(fù)荷較大，且在比賽中不管是進(jìn)攻還是防守，都可能與其他球員發(fā)生肢體的碰撞。對于每一球員來說，一雙好的球鞋必須足夠貼合腳部，并能持續(xù)提供安全感以及牢固的鎖定性，幫助運動員在比賽中達(dá)到最佳的狀態(tài)。球員在比賽前會將鞋帶系得很緊，就是為了讓籃球鞋穩(wěn)固地包裹住雙腳，避免雙腳在激烈的運動中因鞋身的過度扭曲變形造成扭傷。

然而，由于每個人的腳型不同，量產(chǎn)的籃球鞋總會有一些地方無法與使用者腳面很好地貼合，所以常會出現(xiàn)不合腳的情況。再加上在運動一段時間后，全身的血管膨脹，運動員的雙腳會比原來的尺寸大上半號，系得很緊的球鞋可能會造成球員的雙腳被過度壓迫，甚至出現(xiàn)血液受阻的情況。如果沒有得到及時的調(diào)整，會造成雙腳發(fā)麻、甚至酸痛。以上的情況會讓球員感到更加疲憊，造成球員的運動表現(xiàn)下降，進(jìn)而影響其在比賽中的表現(xiàn)。

在一般的籃球鞋中使用最多的是繩帶式的鞋帶系統(tǒng)。因為繩帶系統(tǒng)通具有很好的包裹性。由于在籃球運動過程中，腳掌需要不斷地彎折才能夠讓雙腳蹬地進(jìn)行跑步等動作，再加上上文中提到的球員為了避免運動過程中受傷，比賽前會將鞋帶系得很緊，以及人在運動過程中腳部腫脹等問題，所以，繩帶系統(tǒng)交叉固定腳背的方式有可能會壓迫腳背上的血管與神經(jīng)，造成腳背的不適。現(xiàn)有的籃球鞋設(shè)計中通常會采用改變鞋眼孔的位置與鞋帶的綁法的方式來解決壓迫腳背狀況，但是仍無法根本解決問題。

因此，除了基本的包裹和保護(hù)之外，設(shè)計者應(yīng)考慮讓籃球鞋能夠隨著雙腳的狀況進(jìn)行快速調(diào)整，減緩或避免壓迫腳背，讓球鞋能夠更舒適地包裹雙腳，避免過松或過緊。然而市面上常見的籃球鞋的鞋帶系統(tǒng)例如：繩帶、魔術(shù)貼、拉鏈等鞋帶系統(tǒng)，都只能滿足使用者某一時刻的鞋面松緊度需求，無法隨腳部尺寸變化而進(jìn)行快速調(diào)整，也無法解決鞋腔內(nèi)空間不足所帶來的腳部不適及足部勞損。即使能夠腳部尺寸變化來彈性改變鞋帶的松緊度，但也存在運動過程中發(fā)生脫落的危險。且改變鞋內(nèi)空間效益薄弱，要適應(yīng)腳部尺寸變化舒適的包裹雙腳的作用不大。

為了改善球員的穿著感受，滿足球員在不同時刻對鞋面松緊的要求。本文在鞋帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供一種快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)，輔助鞋帶系統(tǒng)達(dá)到快速調(diào)節(jié)的目的。

2 快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)設(shè)計

2.1 快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與使用方式

快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為鞋底緩沖氣囊、幫面限壓氣囊以及連接導(dǎo)管。鞋底緩沖氣囊包括鞋底的前掌凹槽內(nèi)安裝的前掌緩沖囊與后跟凹槽內(nèi)安裝的后跟緩沖囊。幫面限壓氣囊包括與后跟緩沖相連接的腳背限壓氣囊以及與前掌緩沖氣相連接的腳背限壓氣囊。連接導(dǎo)管包裹前掌緩沖氣囊和腳背限壓氣囊兩側(cè)相互連接的第一連接導(dǎo)管與后跟緩沖囊和腳踝限壓氣囊兩側(cè)相互連接的第二連接導(dǎo)管。鞋底緩沖氣囊與幫面限壓氣囊內(nèi)部裝有一定量的液體。（見圖1）

圖1 快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)使用方式

當(dāng)用球員完成急停、跳投、上籃、沖刺等大幅度動作腳部著地后，后跟緩沖氣囊與腳掌緩沖氣囊受到擠壓，后跟緩沖氣囊與前掌緩沖氣囊內(nèi)部的液體壓力產(chǎn)生變化，內(nèi)部的液體通過兩側(cè)的連接導(dǎo)管進(jìn)入腳踝與腳背限壓氣囊內(nèi)。此時，腳踝與腳背限壓氣囊膨脹對腳踝與跟腱兩側(cè)、腳背進(jìn)行擠壓包裹，增加籃球鞋與腳部的貼合度，從而達(dá)到包裹的目的。運動越劇烈，腳踝氣囊與腳背氣囊包裹得越緊密。同時，運動過程中前掌與后跟緩沖囊受到擠壓后通過緩沖氣囊內(nèi)部的復(fù)位彈簧進(jìn)行緩沖，從而增加了后跟緩沖囊和腳背限壓充氣囊的緩沖性能，提高腳部的舒適性。當(dāng)球員進(jìn)行跳投、上籃、沖刺等大幅度動作腳部離開地面時，前掌或后跟的緩沖囊擠壓力消失后，緩沖氣囊內(nèi)部的復(fù)位彈簧復(fù)位。氣囊內(nèi)的液體通過導(dǎo)管慢慢回流，腳背和跟腱的限壓氣囊就會慢慢收縮。腳部得到舒緩的空間，使得腳部更舒服，腳部的活動范圍也變得更加靈活。

2.2 幫面限壓氣囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

腳背限壓氣囊和腳踝限壓氣囊縫制固定在鞋腔內(nèi)表面，限壓氣囊表面均有一體成型有沖壓的凸起，限壓氣囊表面的凸起可以增強氣囊對腳踝與腳背的包裹性。腳背限壓氣囊和腳踝限壓氣囊的內(nèi)部均粘合固定有牽拉彈力繩。牽拉彈力繩的設(shè)置可以防止氣囊過度膨脹而導(dǎo)致破裂。腳背限壓充氣囊和腳踝限壓氣囊結(jié)構(gòu)通過熱壓粘合形成氣囊，氣囊上留有接口，充氣導(dǎo)管與緩沖氣囊的連接導(dǎo)管接口固定連接。（如圖3）

圖3 腳踝限壓氣囊與腳背限壓氣囊與內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 鞋底緩沖氣囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

鞋底前掌緩沖與后跟緩沖氣囊本體內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有一定量的液體。前掌緩沖氣囊與后跟緩沖囊的內(nèi)部均設(shè)有復(fù)位彈簧，復(fù)位彈簧下端抵緊在底座的，復(fù)位彈簧上端抵緊在底座上蓋。氣囊內(nèi)部設(shè)有支撐板，支撐板的上端與支撐板的下端設(shè)有用于定位復(fù)位彈簧的定位軸一與定位軸二。支撐板與定位軸為一體成型。前掌與后跟緩沖氣囊的兩側(cè)均設(shè)有排液口，排液口上連接有導(dǎo)管。當(dāng)前掌緩沖氣囊與后跟緩沖囊受到擠壓后通過內(nèi)部的液體與復(fù)位彈簧進(jìn)行緩沖，可很好減震、助步、緩沖、反彈的功能，大大吸收了腳落地時的沖擊力。（如圖4）

圖4 后跟緩沖氣囊與前掌緩沖氣囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)半剖示意圖

2.4 快速調(diào)整氣囊鞋帶系統(tǒng)材質(zhì)選取

2.4.1 鞋底緩沖氣囊

鞋底緩沖氣囊由底座和上蓋組成，底座與上蓋均采用TPU 材料制成，然后通過熱壓密封固定一起。上蓋與底座與內(nèi)部的定位軸為一體注塑成型。鞋底緩震氣囊兩側(cè)連接的連接導(dǎo)管采用TPU 材料制成的軟管，方便連接彎曲。TPU 材料具有很好的耐磨性，抗撕裂性的優(yōu)點的，且拉伸強度高，伸長率大，長期壓縮永久變形率低。因此，TPU 材料的使用可以很好保證緩沖氣囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可靠性，讓鞋底緩沖氣囊可以長期的正常運作。

2.4.2 幫面充氣氣囊

由于氣囊會頻繁地在膨脹與收縮間重復(fù)循環(huán)。在這種狀態(tài)下，長期的重復(fù)使用就會使氣囊材料出現(xiàn)破損導(dǎo)致漏液的情況。因此，幫面氣囊采用雙層設(shè)計，內(nèi)部的氣囊材質(zhì)采用PUT 材質(zhì)，上文提到TPU 材料具有很好的耐磨性，抗撕裂性的優(yōu)點的，且拉伸強度高，伸長率大，長期壓縮永久變形率低，因此，TPU 的使用保證氣囊可以長期的正常工作。外側(cè)的氣囊由于與雙腳直接接觸，所以采用更為柔軟的防水涂層面料，既保證氣囊的可靠性，又能夠保證穿著的舒適性。

2.4.3 液體介質(zhì)

氣囊內(nèi)部液體采用硅油。硅油是一種無味無毒的油，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。它的凝固定點低，閃點高，可在-50℃～180℃內(nèi)長期使用。同時，甲基硅油還具有優(yōu)良的剪切安定性，有吸收振動，防止振動傳播的功能，可作減振液?？梢耘浜蠚饽覂?nèi)部的彈簧，起到很好的減震作用。由于硅油一般是作為者潤滑劑使用，且沒有酸堿性，跟金屬一般不產(chǎn)生反應(yīng)。因此，硅油的使用不會造成氣囊內(nèi)部彈簧的腐蝕。

3 快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)在籃球鞋設(shè)計中的應(yīng)用實踐

如圖5 所示，筆者從鞋面和鞋底兩個方面對籃球鞋進(jìn)行設(shè)計。

圖5 籃球鞋最終設(shè)計方案效果圖

3.1 鞋面

由于腳背限壓氣囊與腳踝限壓氣囊通過縫制固定在鞋腔內(nèi)表面的腳背與腳踝的位置。當(dāng)鞋底緩沖氣囊內(nèi)部的受到擠壓后，內(nèi)部的液體壓力產(chǎn)生變化通過連接導(dǎo)管流入到限壓氣囊內(nèi)，使鞋面更貼合包裹雙腳。因此，鞋面的材質(zhì)使用上，采用了透氣性好、強度高的網(wǎng)布作為主要的鞋身材料。同時，在鞋頭的位置使用熱熔膠膜增加在鞋頭鞋面的強度，避免球員急停時候鞋面因過鞋頭鞋面軟而降低保護(hù)。

鞋帶部分的設(shè)計，延續(xù)了上文的設(shè)定，采用市面上使用最多的繩帶系統(tǒng)。由于繩帶系統(tǒng)具有很好的包裹性，可以保證球員基本的保護(hù)和包裹需求，也可以讓快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)更好調(diào)節(jié)包裹雙腳。而上文提到傳統(tǒng)的鞋帶的交叉綁帶方式會造成雙腳的壓迫。而改變鞋眼孔的位置與鞋帶的綁法可以在一定程度上可以有效地避免腳部的壓迫。因此，在鞋帶的設(shè)計通過改變繩鞋帶孔的位置，將鞋眼孔分布在鞋面兩側(cè)，避開腳背的位置。并搭配大面積的鞋舌外罩。改變鞋眼孔位置與增大與腳背的接觸面積不僅可以緩解鞋帶對腳背產(chǎn)生壓迫感，還可以很好貼合雙腳。

3.2 鞋底

鞋底的設(shè)計的主要分為中底和外底鞋。由于中底前掌與后跟處均預(yù)留用于放置緩沖氣囊的空間，使得中底的強度大大減弱。為了增強中底強度，防止中底在雙腳橫移的過程中因為過度的變形而造成翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致扭傷。因此，在中底的設(shè)計中加入TPU 支撐片。同時，在中底兩側(cè)設(shè)計向上爬升的造型，利用兩側(cè)爬升的造型的中底來幫助雙腳在鞋內(nèi)的穩(wěn)定性。由于，快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)的功能是通過擠壓鞋底緩沖氣囊實現(xiàn)的，因此鞋底的材料是關(guān)鍵，鞋底的材料不能過硬，否則壓縮量小導(dǎo)致幫面限壓氣囊無法達(dá)到調(diào)整包裹的作用，也不能過軟，否則造成堆跟，導(dǎo)致籃球鞋穿著不安全。因此籃球鞋采用回彈性和抗張力高，韌性高，具有良好的防震、緩沖性能的EVA 中底，EVA 中底彈性好，復(fù)位快，可以保證快速調(diào)節(jié)氣囊系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的效果。中底后跟設(shè)計有外凸內(nèi)凹的造型，中底落地的時候通過EVA 中底材質(zhì)的特性以及凸內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)來分散力量，達(dá)到減震的效果。

4 結(jié)語

本文主要針現(xiàn)有大多數(shù)鞋帶均仍無法隨腳部尺寸變化而進(jìn)行快速調(diào)整，也無法解決鞋腔內(nèi)空間不足所帶來的腳部不適及足部勞損的問題。提供一種應(yīng)用于籃球鞋的快速調(diào)整鞋帶系統(tǒng)，輔助鞋帶系統(tǒng)達(dá)到快速調(diào)節(jié)包裹的目的。在鞋帶系統(tǒng)滿足的基本保護(hù)下，讓籃球運動員能夠通過新型的鞋帶系統(tǒng)，根據(jù)運動時，雙腳的狀況，針對籃球鞋的松、緊，在比賽中快速進(jìn)行調(diào)節(jié)。快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)在籃球鞋設(shè)計中的應(yīng)用可以為相關(guān)企業(yè)在開拓新的商機和市場方面提供一些參考，增強籃球鞋的市場競爭力，為運動鞋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。