МОДУЛЬ КОЛЕННЫЙ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно, к протезам конечностей и может быть использована при протезировании нижних конечностей.
Известен модуль коленный (патент РФ на изобретение №2095037, МПК: 6 А 61 F 2/64), содержащий коленное сочленение в составе верхней части сочленения (верхняя вилка), нижней части сочленения (нижняя вилка), шарнирной оси (ось колена), неподвижно фиксированной в верхней части сочленения, средней части сочленения - качающегося рычага, выполненного в виде разрезного хомута, охватывающего шарнирную ось и соединенного одним концом с нижней частью сочленения посредством оси качания, а другим концом соединенного с нижней частью сочленения посредством задней оси вращения (со стороны сгибания), причем ось качания и задняя ось вращения расположены по одну сторону от шарнирной оси, а нижняя часть сочленения выполнена с фигурной выемкой, направленной в сторону сгибания модуля коленного.
К недостаткам приведенного технического решения относятся низкая надежность, невысокий эксплуатационный ресурс. Указанные недостатки обусловлены тем, что для реализации функции голенооткидывания данный коленный узел снабжен простейшей резинотекстильной тянкой, подверженной быстрой деформируемости, потери упругости, проявляемых в максимальной степени в холодных климатических условиях.
Известен модуль коленный (патент РФ на изобретение №2141290, МПК: 6 А 61 F 2/64, 6 A 61 F 2/60), содержащий коленное сочленение и связанный с ним тормозной узел, при этом коленное сочленение выполнено в составе верхней части сочленения, нижней части сочленения, шарнирной оси, жестко соединенной с одной из указанных частей сочленения, качающегося рычага, образующего среднюю часть сочленения, установленного своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси качания, лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси, а другим концом, находящимся со стороны сгибания, охватывающего шарнирную ось, тормозной узел выполнен в составе закрытой, концентрично охватывающей, по крайней мере, частично шарнирную ось коленного сочленения по ее периметру и заполненной гидравлическим маслом вытеснительной камеры, установленной в сопряженном конце средней части коленного сочленения и разделенной указанной шарнирной осью, выполненной в виде вращающегося поршня, на камеры разгибания и сгибания, которые связаны между собой маслопроводом, полностью или частично запираемым золотником,
при этом золотник установлен в средней части коленного сочленения с возможностью перемещения навстречу действию золотниковой пружины, отжимающей его в открытое положение, и с возможностью отжима при повороте средней части сочленения в направлении сгибания вокруг указанной оси качания в свое закрытое положение посредством перестановочного механизма, выполненного в нижней части сочленения.
К недостаткам приведенного технического решения относятся низкая надежность, невысокий эксплуатационный ресурс. Указанные недостатки обусловлены наличием в конструкции гидравлических элементов, которые подвержены возможности быстрого возникновения подтекания. Также наличие гидравлических элементов способствует снижению надежности конструкции при эксплуатации в холодных климатических условиях.
Ближайшим техническим решением к заявляемому является модуль коленный (патент РФ на полезную модель №37931, МПК: 7 А 61 F 2/64, 7 A 61 F 2/60), содержащий коленное сочленение и связанные с ним тормозной узел, пневмомеханический узел, при этом коленное сочленение выполнено в составе верхней части сочленения, нижней части сочленения, шарнирной оси, жестко соединенной с одной из указанных частей сочленения, качающегося рычага, образующего среднюю часть сочленения, установленного своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси качания, лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси, а другим концом, находящимся со стороны сгибания, охватывающего шарнирную ось, тормозной узел выполнен в составе наколенника, своей передней частью жестко соединенного с верхней частью сочленения, и нижней частью, имеющей предварительный натяг, прижатого к верхней части сочленения, и тормозного башмака, установленного своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси, жестко закрепленной на качающемся рычаге, с надетой на нее пружиной, прижимающей тормозной башмак к нижней части сочленения, с зазором между наколенником и тормозным башмаком, пневмомеханический узел выполнен в составе размещенных внутри нижней части сочленения направляющей, втулки, дроссельной иглы, поршня, манжеты, клапана с крышкой, штока, направляющей штока, стакана, пружины, упорной шайбы, регулировочного винта, стопорных колец, при этом вверху нижней части сочленения установлена направляющая во втулке, поршень, делящий внутренний объем нижней части сочленения на надпоршневую и подпоршневую полости, жестко закреплен в нижней части направляющей, на боковой цилиндрической поверхности поршня выполнена кольцеобразная канавка с установленной в ней манжетой, снизу поршень снабжен клапаном с крышкой, в поршне выполнены каналы, обеспечивающие при движении
поршня вниз прохождение воздуха из подпоршневой полости через зазор, образующийся между манжетой и поршнем, в надпоршневую полость, а при перемещении поршня вверх - отпирание клапана воздухом и заполнение им подпоршневой полости, в направляющей и в канале поршня установлена дроссельная игла, направляющая штока посредством стопорного кольца жестко закреплена внизу к нижней части сочленения и посредством резьбового соединения в вертикальном направлении связана со стаканом, также жестко закрепленном к нижней части сочленения посредством двух стопорных колец, внутри направляющей штока и в стакане размещен шток, в стакане на шток надета пружина, упирающаяся сверху в упорную шайбу, закрепленную к штоку посредством стопорного кольца, а снизу подпираемая регулировочным винтом и передающая усилие через упорную шайбу и шток направляющей, пневмомеханический узел связан с коленным сочленением посредством шатуна, шатун одним концом установлен на оси, жестко соединенной с верхней частью сочленения, а вторым концом на оси, жестко соединенной с направляющей.
К недостаткам приведенного технического решения относятся низкая надежность, невысокий эксплуатационный ресурс. Указанные недостатки обусловлены выполнением тормозного узла в составе наколенника и тормозного башмака, системой подвески тормозного башмака и отсутствием регулировки передней части тормозного башмака.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и ресурса эксплуатации.
Технический результат достигают тем, что в модуле коленном, содержащем коленное сочленение и связанные с ним тормозной узел, пневмомеханический узел, тормозной узел выполнен в составе лыж, жестко связанных с коленным сочленением, и расположенных под лыжами тормозного башмака, шаров, клина, пружины, при этом шары установлены в полостях со сферической поверхностью, которые выполнены в коленном сочленении, тормозной башмак своим концом, находящимся со стороны сгибания, лежит на шарах, другим концом, со стороны разгибания он прижат к клину, со стороны сгибания выполнена пружина с возможностью прижима тормозного башмака к клину, одним концом она закреплена к коленному сочленению, а другим концом к тормозному башмаку, клин установлен со стороны разгибания с возможностью прижима тормозного башмака к лыжам, тормозной узел снабжен элементами регулировки.
В модуле коленном коленное сочленение выполнено в составе верхней части сочленения, нижней части сочленения, шарнирной оси, жестко соединенной с одной из указанных частей сочленения, качающегося рычага, образующего среднюю часть сочленения, установленного своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси
качания, лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси, а другим концом, находящимся со стороны сгибания, охватывающего шарнирную ось.
В модуле коленном полости со сферической поверхностью выполнены в нижней части сочленения, лыжи жестко связаны с верхней частью сочленения, пружина закреплена к нижней части сочленения, в качестве элементов регулировки в качающемся рычаге выполнены регулировочные винты, один из них, предназначенный для обеспечения необходимой величины зазора между лыжами и передней частью тормозного башмака, -со стороны клина, а второй, предназначенный для обеспечения необходимой величины зазора между лыжами и задней частью тормозного башмака, - на конце, установленном на оси качания.
Шарнирная ось жестко соединена с верхней частью сочленения.
Пневмомеханический узел связан с коленным сочленением посредством шатуна.
В модуле коленном пневмомеханический узел выполнен в составе размещенных внутри нижней части сочленения направляющей, втулки, дроссельной иглы, поршня, его манжеты и клапана с крышкой, штока, направляющей штока, стакана, пружины, упорной шайбы, регулировочного винта, стопорных колец, уплотнительных колец, при этом вверху нижней части сочленения установлена направляющая во втулке, поршень, делящий внутренний объем нижней части сочленения на надпоршневую и подпоршневую полости, жестко закреплен в нижней части направляющей, на боковой цилиндрической поверхности поршня выполнена кольцеобразная канавка с установленной в ней манжетой, снизу поршень снабжен клапаном с крышкой, в поршне выполнены каналы, обеспечивающие при движении поршня вниз прохождение воздуха из подпоршневой полости через зазор, образующийся между манжетой и поршнем, в надпоршневую полость, а при перемещении поршня вверх - отпирание клапана воздухом и заполнение им подпоршневой полости, в направляющей и в канале поршня установлена дроссельная игла, направляющая штока посредством стопорного кольца жестко закреплена внизу к нижней части сочленения и посредством резьбового соединения в вертикальном направлении связана со стаканом, также жестко закрепленном к нижней части сочленения посредством двух стопорных колец, внутри направляющей штока и в стакане размещен шток, в стакане на шток надета пружина, упирающаяся сверху в упорную шайбу, закрепленную к штоку посредством стопорного кольца, а снизу подпираемая регулировочным винтом и передающая усилие через упорную шайбу и шток направляющей; в нижней части направляющей штока и в нижней части втулки выполнены уплотнительные кольца; шатун одним концом установлен на оси, жестко
соединенной с верхней частью сочленения, а вторым концом на оси, жестко соединенной с направляющей.
В модуле коленном в верхней части сочленения, со стороны качающегося рычага, выполнены пазы с размещенными в них полиуретановыми амортизаторами, нижняя часть сочленения, со стороны сгибания выполнена с упором, на котором установлены амортизационные пружины с возможностью ограничения ими вращательного движения качающегося рычага, нижняя часть со стороны сгибания также снабжена упором, ограничивающим вращательное движение качающегося рычага.
В передней части модуля коленного выполнена коленная чаша, закрепленная на качающемся рычаге, а внизу снаружи нижней части сочленения выполнен стяжной винт.
Сущность полезной модели поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.
На Фиг.1 представлен модуль коленный в боковом разрезе и вид модуля коленного спереди, на Фиг.2 представлена верхняя часть модуля коленного с тормозным узлом в разрезе сбоку, на Фиг.3 представлена нижняя часть модуля коленного с пневмомеханическим узлом в разрезе сбоку, где 1 - амортизаторы, 2 - шары, 3 - тормозной башмак, 4 - клин, 5 - регулировочный винт, 6 - пружина, 7 - ось качания, 8 - качающийся рычаг, 9 - регулировочный винт, 10 - упор, 11 - манжета, 12 - крышка клапана, 13 - шайба, 14 - уплотнительное кольцо, 15 - упорная шайба, 16 - шток, 17 - пружина, 18 - верхняя часть сочленения, 19 - ось, 20 - шарнирная ось, 21 - шатун, 22 - ось, 23 - лыжи, 24 - направляющая, 25 - коленная чаша, 26 - дроссельная игла, 27 - втулка, 28 - уплотнительное кольцо, 29 - поршень, 30 - клапан, 31 - направляющая штока, 32, 33, 34, 35 - стопорные кольца, 36 - нижняя часть сочленения, 37 - стакан, 38 - стяжной винт, 39 - регулировочный винт, 40 - чехол, 41 - пружины.
В предлагаемом модуле коленном достижение технического результата обусловлено следующими факторами.
Конструктивное выполнение тормозного узла по сравнению с известными техническими решениями обладает отличительными особенностями. Для увеличения надежности и ресурса эксплуатации в тормозном узле выполнены металлические лыжи и элемент регулировки передней части тормозного башмака. Предлагаемая система подвески тормозного башмака обеспечивает в течение длительного времени эксплуатации высокую надежность подкосоустойчивости инвалида при торможении модуля коленного в фазе опоры, когда происходит автоматическая фиксация коленного шарнира.
Модуль коленный содержит следующие конструктивные элементы: амортизаторы (1), шары (2), тормозной башмак (3), клин (4), регулировочный винт (5), пружина (6), ось качания (7), качающийся рычаг (8), регулировочный винт (9), упор (10), манжета (11), крышка клапана (12), шайба (13), уплотнительное кольцо (14), упорная шайба (15), шток (16), пружина (17), верхняя часть сочленения (18), ось (19), шарнирная ось (20), шатун (21), ось (22), лыжи (23), направляющая (24), коленная чаша (25), дроссельная игла (26), втулка (27), уплотнительное кольцо (28), поршень (29), клапан (30), направляющая штока (31), стопорные кольца (32), (33), (34), (35), нижняя часть сочленения (36), стакан (37), стяжной винт (38), регулировочный винт (39), чехол (40), пружины (41).
Предлагаемый модуль коленный содержит функциональные узлы: коленное сочленение, тормозной узел и пневмомеханический узел (Фиг.1-3).
В коленном сочленении выполнены верхняя часть сочленения 18, качающийся рычаг 8, образующий среднюю часть сочленения, нижняя часть сочленения 36 (Фиг.2). С верхней частью сочленения 18 жестко соединена шарнирная ось 20. С нижней частью сочленения 36 жестко соединена ось качания 7. Качающийся рычаг 8 одним концом, находящимся со стороны разгибания, установлен на оси качания 7, лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси 20; другим концом, находящимся со стороны сгибания, он охватывает шарнирную ось 20. В верхней части сочленения 18, со стороны качающегося рычага 8, выполнены пазы, в которых размещены полиуретановые амортизаторы 1 для амортизации упора качающегося рычага 8 при разгибании. Нижняя часть сочленения 36 со стороны сгибания выполнена с упором и установленными на нем амортизационными пружинами 41. При сгибании модуля коленного вращательное движение качающегося рычага 8 относительно оси качания 7 ограничивается амортизационными пружинами 41, за счет их противодействия сжатию со стороны качающегося рычага 8. Со стороны разгибания в нижней части сочленения 36 выполнен упор 10, ограничивающий разгибание модуля коленного. При разгибании модуля коленного вращательное движение качающегося рычага 8 относительно оси качания 7 ограничивается упором 10, на который опирается регулировочный винт 9, выполненный в средней части сочленения (качающийся рычаг 8), в ее конце, находящемся со стороны разгибания и установленном на оси качания 7.
Тормозной узел связан с коленным сочленением. В тормозном узле (Фиг.2) выполнены шары 2, тормозной башмак 3, клин 4, пружина 6, металлические лыжи 23. К элементам регулировки тормозного узла относятся: регулировочный винт 5 и регулировочный винт 9. Лыжи 23 жестко соединены с верхней частью сочленения 18. В
нижней части сочленения 36 выполнены полости со сферической поверхностью, в которых размещены шары 2.
Система подвески тормозного башмака 3 реализована следующим образом (Фиг.2). Тормозной башмак 3 своим концом, находящимся со стороны сгибания лежит на шарах 2, со стороны разгибания, тормозной башмак 3 прижат к клину 4. Пружина 6 одним концом закреплена к нижней части сочленения 36 над упором 10, другим концом - к тормозному башмаку 3. Пружина 6 прижимает тормозной башмак 3 к клину 4. Клин 4 и регулировочный винт 5 выполнены с возможностью прижима ими тормозного башмака 3 к металлическим лыжам 23.
Регулировочный винт 5 расположен в качающемся рычаге 8 и предназначен для обеспечения необходимой величины зазора между лыжами 23 и передней частью тормозного башмака 3. Регулировочный винт 9, расположенный в качающемся рычаге 8, в его установленном на оси качания 7 конце, предназначен для обеспечения необходимой величины зазора между лыжами 23 и задней частью тормозного башмака 3.
Пневмомеханический узел связан с коленным сочленением. В пневмомеханическом узле (Фиг.1, 3) выполнены направляющая 24, втулка 27, уплотнительное кольцо 28, дроссельная игла 26, стакан 37, шток 16, пружина 17, упорная шайба 15, направляющая штока 31, уплотнительное кольцо 14, шайба 13, стопорные кольца 32, 33, 34, 35, поршень 29, манжета 11, крышка 12, клапан 30, которые размещены внутри нижней части сочленения 36.
Пневмомеханический узел связан с коленным сочленением, в частности, с верхней частью сочленения 18 посредством шатуна 21 (Фиг.1, 2). Шатун 21 установлен одним концом, в частности, верхним концом на оси 19, жестко соединенной с коленным сочленением, а именно, с верхней частью сочленения 18. Другим концом, в частности, нижним, он установлен на оси 22, которая жестко соединена с направляющей 24, например, с ее верхней частью.
Вверху нижней части сочленения 36 выполнены направляющая 24 и втулка 27, в которой размещена направляющая 24 (Фиг.1). На нижней части направляющей 24 жестко закреплен поршень 29, делящий внутренний объем нижней части сочленения 36 на надпоршневую и подпоршневую полости. Поршень 29 имеет цилиндрическую поверхность, на боковой части которой выполнена кольцеобразная канавка с установленной в ней манжетой 11. Снизу на поршне 29, то есть, нижнем основании цилиндра, выполнен клапан 30 с крышкой 12. Внутри поршня 29 выполнены каналы, обеспечивающие при движении поршня 29 вниз перераспределение воздуха из подпоршевой полости через зазор, образующийся между манжетой 11 и поршнем 29, в
надпоршневую полость, а при перемещении поршня 29 вверх - отпирание перераспределяющимся воздухом клапана 30 и заполнение им подпоршевой полости (Фиг.3).
Направляющая 24 выполнена в виде полого цилиндра. Внутри направляющей 24 и в поршне 29 установлена дроссельная игла 26 (Фиг.3).
Внизу к нижней части сочленения 36 (Фиг.3) посредством стопорных колец 32 и 34, 35 жестко закреплены, соответственно, направляющая штока 31 и стакан 37, с которым посредством резьбового соединения связана направляющая штока 31. Внутри стакана 37 расположены шток 16, пружина 17, надетая на шток 16, которая сверху давит на упорную шайбу 15, а снизу подпирается регулировочным винтом 39. Упорная шайба 15 закреплена к штоку 16 стопорным кольцом 33. Таким образом, конструктивные элементы связаны так, что усилие пружины 17 поступает на упорную шайбу 15, связанную со штоком 16, и в свою очередь, шток 16, оказывая давление на крышку 12 клапана 30, предает усилие пружины 17 направляющей 24.
Уплотнительные кольца 14, 28 и стопорные кольца 32, 34 обеспечивают герметичность надпоршневой и подпоршневой полостей.
На регулировочный винт 39, подпирающий пружину 17, (Фиг.3) снизу надет чехол 40.
В передней части модуля коленного (Фиг.2) расположена коленная чаша 25, закрепленная на качающемся рычаге 8.
Стяжной винт 38, расположенный снаружи внизу нижней части сочленения 36, предназначен для сборки элементов (Фиг.3)
В качестве основных материалов для изготовления конструктивных элементов модуля коленного используют сталь, алюминий, полиамид, титан.
Полезная модель функционирует следующим образом.
При опоре на модуль коленный, под действием приложенной к пяточному отделу стопы реакции опоры, качающийся рычаг 8 поворачивается вокруг оси качания 7 по часовой стрелке, что вызывает уменьшение зазора между лыжами 23, жестко закрепленными к верхней части сочленения 18, и тормозным башмаком 3. Когда лыжи 23 оказываются прижатыми к тормозному башмаку 3, сгибание модуля коленного не происходит. В этой фазе конструктивные элементы пневмомеханического узла находятся в положениях, показанных на Фиг.1. Пружина 17 передает усилие, закрывающее модуль коленный.
По мере выполнения шага вектор реакции опоры перемещается вперед по подошве стопы, при пересечении вектором реакции опоры прямой, соединяющей ось качания 7 и
шарнирную ось 20, момент силы, поворачивающий качающий рычаг 8, уменьшается до нулевого значения, а затем меняет знак.
После смены знака момента силы, поворачивающей качающий рычаг 8, величина зазора между лыжами 23 и тормозным башмаком увеличивается, и становится возможным сгибание модуля коленного. Для избежания «явления закусывания» предусмотрена пружина 6, прижимающая тормозной башмак 3 к нижней части сочленения 36.
При сгибании модуля коленного шатун 21 при помощи направляющей 24 перемещает внутри нижней части сочленения 36 поршень 29 вниз, за счет разности давлений, воздух из подпоршневой полости через зазор, образующийся между манжетой 11 и поршнем 29, перераспределяется по внутренним каналам поршня 29 в надпоршневую полость. При этом клапан 30 закрыт.
При разгибании модуля коленного пружина 17, воздействуя на упорную шайбу 15, шток 16 и направляющую 24, перемещает внутри нижней части сочленения 36 поршень 29 вверх, за счет разности давлений воздух из надпоршневой полости, проходя по внутренним каналам поршня 29, открывает клапан 30 и перераспределяется в подпоршневую полость.
Дроссельная игла 26 предназначена для регулировки динамики сгибания и разгибания. Поворотом дроссельной иглы 26 изменяется проходное сечение каналов поршня 29 и тем самым регулируется динамика сгибания. Подъем или опускание дроссельной иглы 26 регулирует динамику разгибания.
Усилие пружины 17 регулируется посредством регулировочного винта 39.
Коленная чаша 25 предотвращает попадание «элементов косметики», например, поролонового вкладыша, в конструктивные узлы модуля коленного.