Устройство для соединения под произвольным углом двух труб

Предлагаемое устройство относится к соединительным изделиям, применяемым при производстве медицинского, спортивного оборудования, оборудования, используемого для занятий адаптивной физической культурой, изделий иного назначения. Наиболее значимой областью применения предлагаемого устройства является область медицины, где, например как для лечения, так и для реабилитации пациентов страдающих различными патологиями, приводящими к частичному обездвижению, нарушению равновесия, а также пациентов с мышечными контрактурами необходимо использовать такие устройства, которые бы предотвращали возможность их травматизации.
Известен патент СССР №3733 (353512) от 1948 г, патент RU 60957 U1 2006 г. патент на полезную модель RU 19368 U1 2001. Все описанные в них изделия предназначены для соединения под прямым углом двух цилиндрических деталей, как правило, выполненных виде труб, и, как правило, используемых в строительстве.
Так, например, в патенте на полезную модель RU 19368 U1 зажим цилиндрической стойки в теле соединительного элемента, названного автором - муфта, достигается за счет усилия возникающего между торцевой поверхностью винта и боковой поверхностью цилиндра. Таким образом, появляется лишь точечный контакт. Известно, что пятном контакта в таком соединении является линия, размер которой определяется диаметром самого винта. Ясно, что в данной конструкции достаточно небольшого усилия, чтобы провернуть одну деталь вокруг другой.
Общим недостатком является возможность соединения деталей только под прямым углом, а не под любым, и невозможность исключения проворота цилиндрической детали вокруг своей оси внутри тела устройства для их соединения.
Наиболее близко к предлагаемой полезной модели находятся хомут поворотный
https://yandex.ru/images/search?text=%D1%85%D0%BE%D0%BC%D1%83%D1%82%20%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9&stype=imaqe&lr=10735&source=wiz.
Данное устройство обладает прекрасными техническими характеристиками и показателями, которые были неоднократно проверены в рабочих условиях. Однако, при работе с людьми с ограниченными возможностями с использованием соответствующих приспособлений, достаточно часто возникают ситуации, когда возникает необходимость соединить две тубы различного профиля, сечения и размера, которые могут быть частью тренажера или другого механизма. И этот угол не задан предварительно при проектировании, а возникает во время настройки приспособления или тренажера. Одновременно необходимо гарантировать прочность и надежность соединяемого узла, исключить проворот соединяемых труб в самом устройстве. Как правило, данные ситуации являются следствием физических особенностей пациентов-пользователей реабилитационных приспособлений. Хомут поворотный не обладает такими возможностями.
Как следствие, для создания тренажеров, ходунков, вертикализаторов, других изделий и различных приспособлений, используемых как в медицине, в работе с людьми с ограниченными возможностями, так и при занятиях адаптивной физической культурой появилась необходимость иметь возможность закрепления под углом деталей выше указанных изделий, адоптировав их под физические особенности каждого пациента. Это возможно до начала занятий или во время их проведения. Одновременно с этим, остается необходимость исключения на все 100% возможности проворота вокруг своей оси, равно как и любое другое перемещение закрепляемых труб в устройстве. Отсутствие надежности в соединениях и узлах являются причиной неустойчивости конструкции в целом и, как следствие, получения травм пользователями.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении максимальной безопасности пациента при его работе/перемещении с использованием различных приспособлений, в конструктив которых входят узлы и/или изделия, использующие устройства для соединения под углом труб, исключающих любое перемещение соединяемых деталей, особенно когда трубы выполнены в виде двух цилиндрических тел вращения.
От этого явления страхуют не только силы трения в соединениях, которые возникают в результате создания усилия зажима, но и условия работы на срез или смятие фиксирующего элемента, фиксатора. Примером соединения работающего на срез является шпоночное/штифтовое соединение. Методы расчета таких конструкций широко известны. В качестве примера, один фиксатор диаметром 6 мм при работе на срез/смятие может нести в рабочем режиме нагрузку равную 260-ти кг с максимумом до 700 кг, в зависимости от применяемого при его производстве материала, что выходит далеко за пределы максимальных нагрузок, появляющихся при использовании выше указанных тренажеров и устройств.
Сущность предлагаемой полезной модели выражается в совокупности существенных признаков, в которых устройство для соединения двух труб в оборудовании для реабилитации пациентов, корпус которого состоит из двух частей, через каждую из которых проходит по одной закрепляемой трубе, в каждой из частей корпуса устройства имеются пропилы, направленные от его торцевых поверхностей в сторону отверстий под трубы и соединяющие их, выполненные таким образом, что в плоскости пропила находится продольная ось отверстия под закрепляемые трубы, у торцов устройства имеются отверстия для зажимного крепежа и сами зажимные крепежи, позволяющие деформировать корпус устройства, при этом поверхности отверстий устройства для соединения труб, выполнены с возможностью обжима наружных поверхностей самих труб при прохождении их через устройство, а также имеются отверстия с установленными фиксирующими элементами, расположенные на разных концах устройства, проходящие через корпус устройства и зону отверстий под трубы, при этом фиксирующие элементы
выполнены с возможностью прохождения как через корпус устройства, так и отверстия в закрепляемых трубах, при этом в одной части корпуса выполнено углубление, а также имеется отверстие под фиксатор и сам фиксатор, ось которого находится в средней части длинны углубления, и которая перпендикулярна оси самого углубления, а во второй части корпуса имеется выступ, выполненный в форме тела вращения, на поверхности которого имеется проточка содержащая отверстие для фиксатора ось которого перпендикулярна оси вращения самого выступа, и который расположен в углублении другой части устройства, при этом выступ и углубление выполнены с возможностью вращения обеих частей устройства относительно их общей продольной оси, которая перпендикулярна продольным осям соединяемых труб.
В частных случаях своего выполнения или использования, устройство может содержать на проточке выступа несквозное отверстие. В зависимости от условий, данное отверстие может быть резьбовым, в таком случае и сам фиксатор обладает такой же резьбой.
Количество отверстий, выполненных на выступе, расположенных по окружности проточки перпендикулярно к оси вращения выступа и предназначенных под фиксатор, может быть больше одного. Большое количество отверстий на проточке ослабляет саму проточку. В качестве альтернативы этому решению возможно нанесение на проточку мышиного зуба.
Допускается расположение нескольких отверстий для фиксаторов расположенных на поверхности части устройства обладающим углублением. Данные отверстия могут быть резьбовыми.
Возможно исполнение части устройства с выступом без отверстий на проточке, а сама проточка может быть V-образной в плане.
В каждой из частей устройства могут закрепляться различные по размерам и геометрии трубы.
Допускается раздельное и независимое друг от друга использование частей устройства для сопряжения двух труб.
Причинно-следственная связь вышеперечисленных признаков с техническим результатом полезной модели выражается в том, что предлагаемое устройство позволяет:
- иметь большее количество вариантов угловых положений одной части устройства относительно другой. При этом фиксаторы будут работать на срез, что в свою очередь гарантирует исключение проворотов и перемещений в сочленениях, особенно, если труба(ы) выполнены в виде цилиндрического тела вращения.
- иметь большее количество регулировок необходимых для лучшей настройки приспособлений под индивидуальные физические особенности пациентов.
- иметь разные формы проточек в плане. Одной из них, может быть V-образная форма в плане. При этом желательно, чтобы угол кончика фиксатора, развернутого в сторону проточки, совпадал с углом самой V-образной проточки. Это создаст ряд существенных преимуществ: контакт между поверхностью проточки и фиксатором будет происходить по линиям, а не в точке, как это происходит в случае контакта окружности и плоскости; формируется клин, который обеспечивает хорошую надежность соединения;
- количество участвующих в зажиме фиксаторов может быть больше одного, все они будут так же работать на срез, чем нейтрализуют возможные осевые нагрузки на растяжение частей устройства, возможно нанесение на поверхность проточки мышиного зуба;
- существенно повысить возможности регулировки положения частей устройства, с закрепленными в них трубах, относительно друг друга, при этом сохраняется безопасность не только узлового соединения в приспособлениях, но и для пациентов в целом.
- иметь возможность создание «банка» взаимно сочетаемых частей устройства для получения различных сочленений, всевозможных размеров и геометрий труб, что обеспечит большее количество вариантов исполнения безопасных соединений. Привязкой, в данном случае, будут являться одинаковые диаметры выступов и углублений частей устройства с соответствующими типу соединения посадками.
- иметь возможность безопасно связать в единое целое различные устройства перемещения, например, вертикализатор, который часто используется для создания пациентам дополнительных точек опоры, а так же самой возможности вертикализации и передвижения в пространстве.
- иметь возможность создавать новые безопасные приспособления для пациентов.
Способ зажима и фиксации труб в разных частях корпуса устройства не зависит от выбранного угла, под которым пересекаются оси соединяемых труб, если смотреть на них в плане. В частях корпуса предлагаемого устройства имеются пропилы, направленные от его торцевых поверхностей в сторону отверстий под трубы, соединяющие их и выполненные таким образом, что в плоскости пропила находится продольная ось отверстия под закрепляемые трубы. Около торцов с каждой стороны устройства имеются отверстия для зажимного крепежа и сам зажимной крепеж. Благодаря чему корпус устройства деформируется таким образом, что поверхности отверстий устройства, выполненные для соединения труб, имеют возможность обжимать наружние поверхности самих труб, проходящих через устройство. В результате этого, возникающая площадь контакта имеет существенный размер, что впрямую влияет на размер силы трения, особенно, если труба(ы) выполнена в виде цилиндрического тела вращения. Кроме того, имеются еще два отверстия, которые расположены на разных концах устройства, проходящие через корпус устройства и зону отверстий под цилиндрические тела вращения. Через эти два отверстия устанавливаются фиксирующие элементы, проходящие как через корпус устройства, так и отверстия в закрепляемых трубах.
Отверстия, выполненные для фиксирующих элементов, могут быть как сквозными, так и не сквозными. Кроме того отверстия для фиксирующих элементов могут быть резьбовыми.
Фиксирующие элементы, проходящие как через корпус устройства, так и через сами закрепляемые трубы, работают на срез или смятие, гарантируя, таким образом, исключение перемещения вдоль оси и проворота в соединении, если труба(ы) выполнены в виде
цилиндрического тела вращения. Проворот и/или перемещение сможет произойти только после разрушения самих элементов, для чего необходимо приложить такие усилия, которые человек не в состоянии воспроизвести даже с учетом возникающих в конструкции медицинского или иного оборудования рычагов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 представлен общий вид устройства для соединения под произвольным углом двух труб
на фиг. 2 представлена проекция общего вида устройства на фиг. 3 представлен разрез А-А устройства
на фиг 4. представлен вариант исполнения проточки и отверстия под фиксатор
на фиг 5 представлен V-образный в плане вариант исполнения проточки и вариант исполнения фиксатора с коническим хвостовиком
на фиг 6. представлен вариант исполнения резьбовых не сквозных отверстий на проточке выступа
на фиг 7. представлен вариант исполнения устройства и соединяемые трубы - цилиндрические тела вращения.
На фиг 8. представлен вариант исполнения устройства, в котором соединяемые трубы отличаются геометрией и размерами.
Устройство для соединения под произвольным углом двух труб состоит из:
1 - Первая часть корпуса устройства
2 - Вторая часть корпуса устройства
3 - Зажимной крепеж
4 - Фиксирующий элемент
5 - Отверстие под фиксирующий элемент
6 - Отверстие в проточке
7 - Фиксатор
8 - Выступ
9 - Проточка
10. Отверстие фиксатора
11. 1-я соединяемая труба
12. 2-я соединяемая труба
13. Отверстие зажимного крепежа
14. Углубление
Возможны разные последовательности действий по сборке устройства при соединении его частей с трубами. Рассмотрим один из них. Соединяем две трубы, выполненные в виде 2-х цилиндрических тел вращения.
Вводим в первую часть корпуса устройства поз. 1 2-ю соединяемая трубу поз. 12, в которой предварительно выполнено отверстие под фиксирующий элемент поз 4. Совмещаем отверстие под фиксирующий элемент поз. 5 и отверстие в соединяемой трубе. Вводим фиксирующий элемент поз 4. Повторяем процедуру со второй частью корпуса устройства поз.2. и поз. 11, 1-я соединяемая труба. В обеих частях корпуса устройства выполнены пропилы, которые проходят от торцевых поверхностей корпуса в сторону отверстий для соединяемых труб таким образом, что в плоскости пропила находится продольная ось трубы. Сам пропил может, как доходить до отверстия под первую соединяемую трубу, так и выходить за ее пределы. См. Фиг. 2, вторая часть корпуса устройства
В каждой из частей корпуса устройства имеются отверстия поз. 13. Фиг. 2 для зажимного крепежа поз. 3 Фиг. 1. В качестве зажимного крепежа могут использоваться резьбовые соединения, эксцентриковые и другие. Этот выбор обуславливается удобством работы соединения в изделии. Например, используя резьбовые зажимы поз. 3, мы деформируем корпус устройства. За счет этой деформации создаем силу трения и, как следствие, производим фиксацию трубы внутри одной части корпуса устройства. Повторяем данные действия в другой части корпуса устройства. В полученном соединении дополнительные фиксирующие элементы поз. 4 исключают возможность проворота и перемещения трубы вдоль оси в соединении заявляемого устройства, а резьбовые зажимы фиксируют изделия относительно друг друга, а так же выбирают зазоры, которые могут возникнуть в соединениях.
Вводим выступ поз. 8 с проточкой поз. 9 второй части корпуса поз. 2 устройства в углубление поз. 14 первой части корпуса устройства поз. 1 Фиг. 1, с закрепленной в ней трубой (в нашем примере - цилиндрическим телом вращения) поз. 12 Фиг 7. Во второй части уже закреплена труба (цилиндрическое тело вращения) поз 11, Фиг 7. Разворачиваем оси «а» и «в» соединяемых устройством цилиндрических тел вращения на интересующий нас угол «L», см. Вид А. Фиг. 7, и фиксируем выбранное нами положение фиксатором поз 7.
На представленной Фиг. 1 фиксатор 7 водится в отверстие фиксатора, расположенного в первой части корпуса устройства, поз. 10 снабженное, в предлагаемом варианте, резьбой. Далее, фиксатор поз. 7 проходит в отверстие в проточке поз.6, выполненное на самой проточке поз. 9. Некоторые из вариантов расположения отверстий в проточке представлены на Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 6. В случае, когда отверстий фиксатора поз.10 на первой половине корпуса устройства больше одного, повторяем последнюю операцию для всех из них. Отверстие в проточке поз.6 может быть или сквозным, или глухим, или резьбовым, или множественным и т.д. В результате такого соединения, мы гарантированно исключаем как возможность проворота вокруг своей оси цилиндрических тел вращения или перемещения вдоль оси профильной трубы, исключаем возможность осевого перемещения частей корпуса устройства, исключаем возможность взаимного проворота вокруг общей оси частей корпуса устройства.
На Фиг. 5 представлен вариант исполнения проточки поз 9 в V-образном исполнении в плане.
Устройство может выполнять и функцию подшипника скольжения, к примеру, при создании механизма типа параллелограмм.
Так же части корпуса устройства могут работать независимо друг от друга для соединения разных тел вращения, за счет использования выступа одной части, или углубления в другой, формируя Т-образное соединение.
Возможно нанесение на поверхность проточки мышиного зуба.
На Фиг. 8 представлен вариант исполнения устройства, в котором соединяемые трубы отличаются геометрией и размерами. Во второй части корпуса устройства поз. 2 располагается профильная труба, а в первой - цилиндрическое тело вращения. Возможно закрепление в обеих частях устройства профильных труб.
Технический результат достигнут.
Важнейшими показателями технических характеристик предлагаемого устройства для соединения труб являются простота конструкции, надежность закрепления и большое количество вариантов тапоразмеров соединяемых труб.
Рекомендуемые диаметры соединяемых труб находятся в пределах от 10 до 50 мм. Допускается использование больших диаметров, но в таких случаях рекомендуется провести прочностной расчет конструкции в целом.
Принимая во внимание уровень техники, разработчиком данного технического решения учтено, что концепция, заложенная в конструкцию заявленного устройства, может применяться как в области спортивной и/или адаптивной физической культуры, медицины, так и других областях промышленности.