快速调节气囊系统应用于篮球鞋设计

孟繁涛

（泉州师范学院，福建 泉州 362000）

1 快速调节气囊系统应用在篮球鞋设计中的理论基础

篮球运动的特点就是频繁地出现折返跑、跳跃和落地等动作。在这一高节奏和高强度的运动项目中，运动员双脚的负荷较大，且在比赛中不管是进攻还是防守，都可能与其他球员发生肢体的碰撞。对于每一球员来说，一双好的球鞋必须足够贴合脚部，并能持续提供安全感以及牢固的锁定性，帮助运动员在比赛中达到最佳的状态。球员在比赛前会将鞋带系得很紧，就是为了让篮球鞋稳固地包裹住双脚，避免双脚在激烈的运动中因鞋身的过度扭曲变形造成扭伤。

然而，由于每个人的脚型不同，量产的篮球鞋总会有一些地方无法与使用者脚面很好地贴合，所以常会出现不合脚的情况。再加上在运动一段时间后，全身的血管膨胀，运动员的双脚会比原来的尺寸大上半号，系得很紧的球鞋可能会造成球员的双脚被过度压迫，甚至出现血液受阻的情况。如果没有得到及时的调整，会造成双脚发麻、甚至酸痛。以上的情况会让球员感到更加疲惫，造成球员的运动表现下降，进而影响其在比赛中的表现。

在一般的篮球鞋中使用最多的是绳带式的鞋带系统。因为绳带系统通具有很好的包裹性。由于在篮球运动过程中，脚掌需要不断地弯折才能够让双脚蹬地进行跑步等动作，再加上上文中提到的球员为了避免运动过程中受伤，比赛前会将鞋带系得很紧，以及人在运动过程中脚部肿胀等问题，所以，绳带系统交叉固定脚背的方式有可能会压迫脚背上的血管与神经，造成脚背的不适。现有的篮球鞋设计中通常会采用改变鞋眼孔的位置与鞋带的绑法的方式来解决压迫脚背状况，但是仍无法根本解决问题。

因此，除了基本的包裹和保护之外，设计者应考虑让篮球鞋能够随着双脚的状况进行快速调整，减缓或避免压迫脚背，让球鞋能够更舒适地包裹双脚，避免过松或过紧。然而市面上常见的篮球鞋的鞋带系统例如：绳带、魔术贴、拉链等鞋带系统，都只能满足使用者某一时刻的鞋面松紧度需求，无法随脚部尺寸变化而进行快速调整，也无法解决鞋腔内空间不足所带来的脚部不适及足部劳损。即使能够脚部尺寸变化来弹性改变鞋带的松紧度，但也存在运动过程中发生脱落的危险。且改变鞋内空间效益薄弱，要适应脚部尺寸变化舒适的包裹双脚的作用不大。

为了改善球员的穿着感受，满足球员在不同时刻对鞋面松紧的要求。本文在鞋带系统的基础上，提供一种快速调节气囊系统，辅助鞋带系统达到快速调节的目的。

2 快速调节气囊系统设计

2.1 快速调节气囊系统整体结构与使用方式

快速调节气囊系统整体结构分为鞋底缓冲气囊、帮面限压气囊以及连接导管。鞋底缓冲气囊包括鞋底的前掌凹槽内安装的前掌缓冲囊与后跟凹槽内安装的后跟缓冲囊。帮面限压气囊包括与后跟缓冲相连接的脚背限压气囊以及与前掌缓冲气相连接的脚背限压气囊。连接导管包裹前掌缓冲气囊和脚背限压气囊两侧相互连接的第一连接导管与后跟缓冲囊和脚踝限压气囊两侧相互连接的第二连接导管。鞋底缓冲气囊与帮面限压气囊内部装有一定量的液体。（见图1）

图1 快速调节气囊系统整体结构剖面图

图2 快速调节气囊系统使用方式

当用球员完成急停、跳投、上篮、冲刺等大幅度动作脚部着地后，后跟缓冲气囊与脚掌缓冲气囊受到挤压，后跟缓冲气囊与前掌缓冲气囊内部的液体压力产生变化，内部的液体通过两侧的连接导管进入脚踝与脚背限压气囊内。此时，脚踝与脚背限压气囊膨胀对脚踝与跟腱两侧、脚背进行挤压包裹，增加篮球鞋与脚部的贴合度，从而达到包裹的目的。运动越剧烈，脚踝气囊与脚背气囊包裹得越紧密。同时，运动过程中前掌与后跟缓冲囊受到挤压后通过缓冲气囊内部的复位弹簧进行缓冲，从而增加了后跟缓冲囊和脚背限压充气囊的缓冲性能，提高脚部的舒适性。当球员进行跳投、上篮、冲刺等大幅度动作脚部离开地面时，前掌或后跟的缓冲囊挤压力消失后，缓冲气囊内部的复位弹簧复位。气囊内的液体通过导管慢慢回流，脚背和跟腱的限压气囊就会慢慢收缩。脚部得到舒缓的空间，使得脚部更舒服，脚部的活动范围也变得更加灵活。

2.2 帮面限压气囊内部结构设计

脚背限压气囊和脚踝限压气囊缝制固定在鞋腔内表面，限压气囊表面均有一体成型有冲压的凸起，限压气囊表面的凸起可以增强气囊对脚踝与脚背的包裹性。脚背限压气囊和脚踝限压气囊的内部均粘合固定有牵拉弹力绳。牵拉弹力绳的设置可以防止气囊过度膨胀而导致破裂。脚背限压充气囊和脚踝限压气囊结构通过热压粘合形成气囊，气囊上留有接口，充气导管与缓冲气囊的连接导管接口固定连接。（如图3）

图3 脚踝限压气囊与脚背限压气囊与内部结构示意图

2.3 鞋底缓冲气囊内部结构设计

鞋底前掌缓冲与后跟缓冲气囊本体内部为空腔结构，内部装有一定量的液体。前掌缓冲气囊与后跟缓冲囊的内部均设有复位弹簧，复位弹簧下端抵紧在底座的，复位弹簧上端抵紧在底座上盖。气囊内部设有支撑板，支撑板的上端与支撑板的下端设有用于定位复位弹簧的定位轴一与定位轴二。支撑板与定位轴为一体成型。前掌与后跟缓冲气囊的两侧均设有排液口，排液口上连接有导管。当前掌缓冲气囊与后跟缓冲囊受到挤压后通过内部的液体与复位弹簧进行缓冲，可很好减震、助步、缓冲、反弹的功能，大大吸收了脚落地时的冲击力。（如图4）

图4 后跟缓冲气囊与前掌缓冲气囊内部结构半剖示意图

2.4 快速调整气囊鞋带系统材质选取

2.4.1 鞋底缓冲气囊

鞋底缓冲气囊由底座和上盖组成，底座与上盖均采用TPU 材料制成，然后通过热压密封固定一起。上盖与底座与内部的定位轴为一体注塑成型。鞋底缓震气囊两侧连接的连接导管采用TPU 材料制成的软管，方便连接弯曲。TPU 材料具有很好的耐磨性，抗撕裂性的优点的，且拉伸强度高，伸长率大，长期压缩永久变形率低。因此，TPU 材料的使用可以很好保证缓冲气囊内部结构的可靠性，让鞋底缓冲气囊可以长期的正常运作。

2.4.2 帮面充气气囊

由于气囊会频繁地在膨胀与收缩间重复循环。在这种状态下，长期的重复使用就会使气囊材料出现破损导致漏液的情况。因此，帮面气囊采用双层设计，内部的气囊材质采用PUT 材质，上文提到TPU 材料具有很好的耐磨性，抗撕裂性的优点的，且拉伸强度高，伸长率大，长期压缩永久变形率低，因此，TPU 的使用保证气囊可以长期的正常工作。外侧的气囊由于与双脚直接接触，所以采用更为柔软的防水涂层面料，既保证气囊的可靠性，又能够保证穿着的舒适性。

2.4.3 液体介质

气囊内部液体采用硅油。硅油是一种无味无毒的油，具有良好的化学稳定性。它的凝固定点低，闪点高，可在-50℃～180℃内长期使用。同时，甲基硅油还具有优良的剪切安定性，有吸收振动，防止振动传播的功能，可作减振液。可以配合气囊内部的弹簧，起到很好的减震作用。由于硅油一般是作为者润滑剂使用，且没有酸碱性，跟金属一般不产生反应。因此，硅油的使用不会造成气囊内部弹簧的腐蚀。

3 快速调节气囊系统在篮球鞋设计中的应用实践

如图5 所示，笔者从鞋面和鞋底两个方面对篮球鞋进行设计。

图5 篮球鞋最终设计方案效果图

3.1 鞋面

由于脚背限压气囊与脚踝限压气囊通过缝制固定在鞋腔内表面的脚背与脚踝的位置。当鞋底缓冲气囊内部的受到挤压后，内部的液体压力产生变化通过连接导管流入到限压气囊内，使鞋面更贴合包裹双脚。因此，鞋面的材质使用上，采用了透气性好、强度高的网布作为主要的鞋身材料。同时，在鞋头的位置使用热熔胶膜增加在鞋头鞋面的强度，避免球员急停时候鞋面因过鞋头鞋面软而降低保护。

鞋带部分的设计，延续了上文的设定，采用市面上使用最多的绳带系统。由于绳带系统具有很好的包裹性，可以保证球员基本的保护和包裹需求，也可以让快速调节气囊系统更好调节包裹双脚。而上文提到传统的鞋带的交叉绑带方式会造成双脚的压迫。而改变鞋眼孔的位置与鞋带的绑法可以在一定程度上可以有效地避免脚部的压迫。因此，在鞋带的设计通过改变绳鞋带孔的位置，将鞋眼孔分布在鞋面两侧，避开脚背的位置。并搭配大面积的鞋舌外罩。改变鞋眼孔位置与增大与脚背的接触面积不仅可以缓解鞋带对脚背产生压迫感，还可以很好贴合双脚。

3.2 鞋底

鞋底的设计的主要分为中底和外底鞋。由于中底前掌与后跟处均预留用于放置缓冲气囊的空间，使得中底的强度大大减弱。为了增强中底强度，防止中底在双脚横移的过程中因为过度的变形而造成翻转导致扭伤。因此，在中底的设计中加入TPU 支撑片。同时，在中底两侧设计向上爬升的造型，利用两侧爬升的造型的中底来帮助双脚在鞋内的稳定性。由于，快速调节系统快速调节的功能是通过挤压鞋底缓冲气囊实现的，因此鞋底的材料是关键，鞋底的材料不能过硬，否则压缩量小导致帮面限压气囊无法达到调整包裹的作用，也不能过软，否则造成堆跟，导致篮球鞋穿着不安全。因此篮球鞋采用回弹性和抗张力高，韧性高，具有良好的防震、缓冲性能的EVA 中底，EVA 中底弹性好，复位快，可以保证快速调节气囊系统能够达到预期的效果。中底后跟设计有外凸内凹的造型，中底落地的时候通过EVA 中底材质的特性以及凸内凹形结构来分散力量，达到减震的效果。

4 结语

本文主要针现有大多数鞋带均仍无法随脚部尺寸变化而进行快速调整，也无法解决鞋腔内空间不足所带来的脚部不适及足部劳损的问题。提供一种应用于篮球鞋的快速调整鞋带系统，辅助鞋带系统达到快速调节包裹的目的。在鞋带系统满足的基本保护下，让篮球运动员能够通过新型的鞋带系统，根据运动时，双脚的状况，针对篮球鞋的松、紧，在比赛中快速进行调节。快速调节系统在篮球鞋设计中的应用可以为相关企业在开拓新的商机和市场方面提供一些参考，增强篮球鞋的市场竞争力，为运动鞋产业的发展贡献一份力量。