МОДУЛЬ КОЛЕННЫЙ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно, к протезам и может быть использована при протезировании нижних конечностей.
Известен модуль коленный (патент РФ №2055548, МПК: 6 А 61 F 2/64), содержащий коленный шарнир, тормозной узел, причем коленный шарнир выполнен в виде колена, составной голени из двух половинок, соединенных с помощью штырей, оси, соединяющей колено с голенью, штока, соединенного осью с коленом и своей цилиндрической частью входящего в тормозной узел, корпуса, шарнирно закрепленного в голени втулок, разрезной крышки втулки с ушками, выполненной с возможностью стягивания ее винтом для обеспечения торможения штока и голени, и закреплен на гильзе голени и бедра, а тормозной узел выполнен в виде штока, соединенного осью с коленом и одним концом установленного в разборном корпусе, в котором выполнены пружина и шарики, и который через рычаг и коромысло, установленное на оси, соединен с голенью.
Недостатком известного технического решения является невысокая износостойкость, невысокая надежность в сочетании с невысоким эксплуатационным сроком вследствие выполнения тормозного узла на основе только механических элементов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является модуль коленный (патент РФ №40584, МПК: 7 А 61 F 2/64), содержащий коленный шарнир, тормозной узел, пневмомеханический узел, связанный с коленным шарниром, корпус, в котором размещены пневмомеханический узел и связанный с пневмомеханическим узлом тормозной узел, причем в коленном шарнире шарнирная ось расположена в передней части модуля коленного относительно его вертикальной оси, совпадающей с линией нагружения, а также содержащий амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения, связанный с пневмомеханическим узлом и корпусом.
Недостатком ближайшего технического решения является невысокая износостойкость и надежность в сочетании с невысоким эксплуатационным сроком вследствие выполнения тормозного узла на основе только механических элементов.
Техническим результатом полезной модели является повышение износостойкости и надежности в сочетании с повышением эксплуатационного срока.
Технический результат достигается тем, что в модуле коленном, содержащем коленный шарнир, пневмомеханический узел, связанный с коленным шарниром, тормозной узел, связанный с пневмомеханическим узлом, корпус, в котором размещены пневмомеханический узел с тормозным узлом, коленный шарнир выполнен в виде
верхней опоры, скобы, оси качания, шарнирной оси, при этом шарнирная ось жестко соединена с верхней опорой, скоба установлена своим верхним концом на шарнирной оси, а средней частью на оси качания, жестко соединенной с корпусом, между скобой и корпусом выполнен зазор, пневмомеханический узел, размещенный в верхней части корпуса, выполнен в виде штока, направляющей втулки, пневмопоршня, трубки, левого и правого дросселей и связан с коленным шарниром посредством шатуна, верхней частью шарнирно установленного на оси, жестко закрепленной с верхней опорой, а нижней частью шарнирно установленного на оси, жестко закрепленной с верхней частью штока, при этом в пневмомеханическом узле шток своей верхней частью размещен внутри направляющей втулки, средняя часть штока наружной частью жестко соединена с пневмопоршнем, делящим внутренний объем верхней части корпуса на надпоршневую и подпоршневую полости, шток и пневмопоршень выполнены с возможностью обеспечения при движении пневмопоршня вниз перераспределения воздуха из верхней внутренней части штока в надпоршневую полость, а при перемещении пневмопоршня вверх - перераспределения воздуха из верхней внутренней части штока в подпоршневую полость, левый дроссель связан посредством трубки с подпоршневой полостью, а правый дроссель через воздушный канал в корпусе - с надпоршневой полостью, нижняя часть штока, заполненная гидравлической жидкостью, размещена внутри стакана тормозного узла, тормозной узел, размещенный в нижней части корпуса, выполнен в виде стакана, заполненного гидравлической жидкостью, клапанного механизма, гидропоршня, пружины, при этом стакан жестко соединен с нижней частью корпуса, клапанный механизм размещен в корпусе и в верхней части стакана и связан со скобой, стакан с клапанным механизмом и гидропоршнем пространственно размещены с возможностью образования между наружной поверхностью стенок стакана и внутренней поверхностью корпуса заполненной гидравлической жидкостью наружной полости тормозного узла, которая связана посредством клапанного механизма с заполненной гидравлической жидкостью внутренней полостью тормозного узла, являющейся внутренними объемами стакана и нижней части штока, которые связаны между собой также посредством клапанного механизма, а пружина, надетая на стакан, размещена под гидропоршнем.
В модуле коленном корпус выполнен с пазами, в которых установлены полиуретановые амортизаторы, и упором, на котором установлены растормаживающие пружины с возможностью их сжатия скобой, также в корпусе выполнен снабженный уплотнительным кольцом регулировочный винт для регулирования величины зазора между скобой и корпусом.
В пневмомеханическом узле модуля коленного в верхней внутренней части штока выполнен глушитель, пневмопоршень выполнен в форме диска с верхней и нижней канавками на боковой части, в которых установлены уплотнительные кольца, в штоке и пневмопоршне выполнены каналы, предназначенные для обеспечения перераспределения воздуха из верхней внутренней части штока через образующийся зазор между уплотнительным кольцом, расположенным в верхней канавке, и пневмопоршнем в надпоршневую полость и перераспределения воздуха из верхней внутренней части штока через образующийся зазор между уплотнительным кольцом, расположенным в нижней канавке, и пневмопоршнем в подпоршневую полость, трубка, левый и правый дроссели, а также воздушный канал выполнены в верхней задней части корпуса, в нижней части направляющей втулки выполнено уплотнительное кольцо для герметизации надпоршневой полости, а между пневмопоршнем и направляющей втулкой для амортизации выполнен отбойник.
В тормозном узле модуля коленного стакан, выполненный в верхней части с внутренними и наружными кольцеобразными канавками, закреплен жестко к корпусу посредством стопорных колец, стопорного винта и стопорной шайбы, выполненных в верхней части стакана, клапанный механизм размещен в верхней части стакана и корпусе и выполнен в виде корпуса клапана, уплотнительных колец, пружины толкателя, толкателя клапана, винта клапана, выполненного в корпусе и связанного со скобой в ее нижней части, клапана, пружины клапана, при этом клапан, связывающий внутреннюю и наружную полости тормозного узла, прижатый пружиной клапана к корпусу клапана, выполнен с возможностью приведения в движение посредством толкателя клапана, прижатого пружиной толкателя к винту клапана, расположенного в нижней части скобы, между корпусом клапана и толкателем размещены уплотнительные кольца, в нижней части стакана с надетой на него пружиной выполнены гайка, являющаяся опорой для пружины, и в виде заливной пробки винт с шайбой, гидропоршень снабжен манжетой, выполненной на верхней части гидропоршня и обеспечивающей герметизацию наружной полости тормозного узла снизу, также для герметизации внутренней полости тормозного узла во внутренних канавках стакана размещены уплотнительное кольцо и манжета штока, а для герметизации наружной полости тормозного узла сверху во внешних канавках стакана размещены уплотнительные кольца.
В верхней части модуля коленного выполнена коленная чаша и закреплена на верхней опоре.
В модуле коленном снаружи внизу корпуса выполнен хомут с двумя стяжными винтами.
Сущность полезной модели поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами, на которых показаны: на Фиг.1 - боковой разрез модуля коленного и вид спереди, на Фиг.2 - вид модуля коленного сзади, на Фиг.3 - верхняя часть бокового разреза с пневмомеханическим узлом, на Фиг.4 - нижняя часть бокового разреза с тормозным узлом, где 1 - ось качания, 2 - регулировочный винт, 3 - уплотнительное кольцо, 4 - уплотнительное кольцо, 5 - отбойник, 6 - уплотнительное кольцо, 7 -уплотнительное кольцо, 8 - корпус клапана, 9 - уплотнительное кольцо, 10 - пружина толкателя, 11 - толкатель клапана, 12 - винт клапана, 13 -клапан, 14 - пружина клапана, 15 - манжета поршня, 16 - гидропоршень, 17 - винт, 18 - шайба, 19 - гайка, 20 - ось, 21 -шарнирная ось, 22 - верхняя опора, 23 - коленная чаша, 24 - шатун, 25 - ось, 26 -растормаживающая пружина, 27 - амортизатор, 28 - скоба, 29 - направляющая втулка, 30 - пневмопоршень, 31 - левый дроссель, 32 - правый дроссель, 33 - трубка, 34 -уплотнительное кольцо, 35 - манжета, 36 - стакан, 37 - стопорная шайба, 38 - стопорное кольцо, 39 - уплотнительное кольцо, 40 - стопорный винт, 41 - уплотнительное кольцо, 42 - стопорное кольцо, 43 - корпус, 44 - стяжной винт, 45 - гидравлическая жидкость, 46 - пружина, 47 - стяжной винт, 48 - хомут, 49 - глушитель, 50 - шток.
Предлагаемый модуль коленный обладает более высокими эксплуатационными показателями. Конструктивное выполнение тормозного узла обеспечивает повышенную надежность в сочетании с высоким эксплуатационным сроком. Наличие гидравлических элементов в конструкции тормозного узла повышает износостойкость, надежность и ресурс службы. Выполнение тормозного узла на основе гидравлических элементов гарантирует в течение длительного времени эксплуатации высокую надежность подкосоустойчивости инвалида при торможении модуля коленного в фазе опоры, когда происходит автоматическая фиксация коленного шарнира.
Предлагаемый модуль коленный содержит следующие конструктивные элементы: ось качания (1), регулировочный винт (2), уплотнительное кольцо (3), уплотнительное кольцо (4), отбойник (5), уплотнительное кольцо (6), уплотнительное кольцо (7), корпус клапана (8), уплотнительное кольцо (9), пружина толкателя (10), толкатель клапана (11), винт клапана (12), клапан (13), пружина клапана (14), манжета поршня (15), гидропоршень (16), винт (17), шайба (18), гайка (19), ось (20), шарнирная ось (21), верхняя опора (22), коленная чаша (23), шатун (24), ось (25), растормаживающая пружина (26), амортизатор (27), скоба (28), направляющая втулка (29), пневмопоршень (30), левый дроссель (31), правый дроссель (32), трубка (33), уплотнительное кольцо (34), манжета (35), стакан (36), стопорная шайба (37), стопорное кольцо (38), уплотнительное кольцо (39), стопорный винт (40), уплотнительное кольцо (41), стопорное кольцо (42), корпус (43), стяжной винт
(44), гидравлическая жидкость (45), пружина (46), стяжной винт (47), хомут (48), глушитель (49), шток (50) (Фиг.1 и 2).
В модуле коленном коленный шарнир выполнен в виде верхней опоры (22), скобы (28), оси качания (1), шарнирной оси (21) (Фиг.1, 3). Шарнирная ось (21) жестко соединена с верхней опорой (22). Скоба (28), установленная своим верхним концом на шарнирной оси (21), а средней частью на оси качания (1), жестко соединена с корпусом (43). Между скобой (28) и корпусом (43) выполнен зазор. Ширина зазора регулируется регулировочным винтом (2), снабженным уплотнительным кольцом (3), выполненными в корпусе(43).
Корпус (43) снабжен пазами и упором. В пазах корпуса (43) установлены полиуретановые амортизаторы (27), которые служат опорой для скобы (28). Вращательное движение установленной на оси качания (1) скобы (28) при разгибании ограничивает регулировочный винт (2), выполняющий функцию упора, а при сгибании ограничивают растормаживающие пружины (26), установленные на упоре корпуса (43) с возможностью сжатия их скобой (28).
В корпусе (43) размещены пневмомеханический и тормозной узлы (Фиг.1).
Пневмомеханический узел, выполненный в верхней части корпуса (43), содержит шток (50), глушитель (49), направляющую втулку (29), пневмопоршень (30), отбойник (5), трубку (33), левый дроссель (31), правый дроссель (32), уплотнительные кольца (4), (6) и (7) (Фиг.2 и 3).
Пневмомеханический узел связан с коленным шарниром посредством шатуна (24), верхней частью шарнирно установленного на оси (20), жестко закрепленной с верхней опорой (22), а нижней частью шарнирно установленного на оси (25), жестко закрепленной с верхней частью штока (50) (Фиг.3).
Средняя часть штока (50) наружной частью жестко соединена с пневмопоршнем (30), делящим внутренний объем корпуса (43) на надпоршневую и подпоршневую полости. Пневмопоршень (30) выполнен в форме диска с верхней и нижней канавками на боковой части под уплотнительные кольца и центральной частью жестко соединен со штоком (50).
Уплотнительные кольца (6) и (7), предназначенные для герметизации надпоршневой и подпоршневой полостей, выполнены, соответственно, в верхней и нижней канавках на боковой части пневмопоршня (30). Для герметизации надпоршневой полости также предназначено и уплотнительное кольцо (4), выполненное в нижней части направляющей втулки (29).
Между направляющей втулкой (29) и пневмопоршнем (30) выполнен кольцеобразный отбойник (5), предназначенный для амортизации.
Трубка (33), размещенная на задней поверхности корпуса (43), связывает подпоршневую полость с левым дросселем (31), расположенным в верхней задней части корпуса (43), а правый дроссель (32), расположенный также в верхней задней части корпуса (43), связан с надпоршневой полостью посредством воздушного канала, выполненного в верхней части корпуса (43) (Фиг.2).
В штоке (50) и пневмопоршне (30) выполнены каналы (см. Фиг.3) с возможностью обеспечения при движении пневмопоршня (30) вниз перераспределение воздуха из верхней внутренней части штока (50) через образующийся зазор между уплотнительным кольцом (6) и пневмопоршнем (30) в надпоршневую полость, а при перемещении пневмопоршня (30) вверх - перераспределение воздуха из верхней внутренней полости штока (50) через образующийся зазор между уплотнительным кольцом (7) и пневмопоршнем (30) в подпоршневую полость.
Внутри штока (50), в его верхней части расположен глушитель (49), выполненный из звукопоглощающего, воздухопроницаемого материала, например, поролона. Нижняя часть штока (50) с внутренним объемом, заполненным гидравлической жидкостью (45), расположена во внутренней части стакана (36) тормозного узла.
Тормозной узел, выполненный в нижней части корпуса (43), содержит корпус клапана (8), уплотнительное кольцо (9), пружину толкателя (10), толкатель клапана (11), винт клапана (12), клапан (13), пружину клапана (14), манжету поршня (15), гидропоршень (16), винт (17), шайбу (18), гайку (19), стакан (36), пружину (46) (Фиг.4).
Корпус клапана (8), уплотнительное кольцо (9), пружина толкателя (10), толкатель клапана (11), винт клапана (12), клапан (13), пружина клапана (14) представляет собой клапанный механизм.
Стакан (36) заполнен гидравлической жидкостью (45). В верхней части стакана (36) выполнены внутренние и наружные кольцеобразные канавки под уплотнительные кольца.
Клапанный механизм размещен в плоскости верхней части стакана (36), винт клапана (12) выполнен в корпусе (43) и связан со скобой (28) в ее нижней части.
Стакан (36) с клапанным механизмом и гидропоршень (16) с манжетой (15) пространственно размещены в корпусе (43) с возможностью образования между наружной поверхностью стенок стакана (36) и внутренней поверхностью корпуса (43) наружной полости тормозного узла, заполненной гидравлической жидкостью (45). При этом внутренняя полость тормозного узла образована внутренними объемами стакана (36) и нижней части штока (50), которые заполнены гидравлической жидкостью (45) и связаны между собой через зазор, образованный наружной поверхностью стенок штока (50) и
внутренней поверхностью стенок стакана (36), и клапан (13). Наружная полость тормозного узла связана с внутренней посредством клапана (13).
Стакан (36) при помощи стопорных колец (38) и (42), стопорной шайбы (37) и стопорного винта (40) жестко соединен с нижней частью корпуса (43).
Клапанный механизм, предназначенный для осуществления перераспределения гидравлической жидкости (45) между полостями тормозного узла, выполнен так, что клапан (13), связывающий внутреннюю и наружную полости тормозного узла, прижатый пружиной клапана (14) к корпусу клапана (8), приводится в движение при помощи толкателя клапана (11), прижатого пружиной толкателя (10) к винту клапана (12), расположенного в нижней части скобы (28). При этом между корпусом клапана (8) и толкателем клапана (11) выполнены для герметизации два уплотнительных кольца (9).
На нижнюю часть стакана (36) под гидропоршнем (16) надета пружина (46).
В нижней части стакана (36) расположены гайка (19), являющаяся опорой для пружины (46), винт (17) с шайбой (18), выполненные в виде заливной пробки и предназначенные для заполнения стакана (36) гидравлической жидкостью (45).
Манжета гидропоршня (15) выполнена на его верхней части и предназначена для герметизации наружной полости тормозного узла снизу.
Уплотнительные кольца (34), (39), (41) и манжета штока (35) предназначены для герметизации внутренней и наружной полостей тормозного узла и выполнены во внутренних (для герметизации внутренней полости) и наружных (для герметизации наружной полости) канавках стакана (36).
Коленная чаша (23) расположена в верхней части модуля коленного и закреплена на верхней опоре (22).
Снаружи внизу корпуса (43) размещен хомут (48), стяжные винты (44) и (47), предназначенные для сборки элементов.
Основными материалами для изготовления конструктивных элементов модуля коленного являются сталь, алюминий, титан, полиамид. В качестве гидравлической жидкости используют кремнийорганическую смесь с минеральными маслами.
Модуль коленный работает следующим образом.
При вертикальном нагружении на модуль коленный, в фазе опоры, скоба (28) начинает поворачиваться вокруг оси качания (1) по часовой стрелке и приводит в движение за собой винт клапана (12). Одновременно с этим шток (50) начинает перемещаться вниз относительно корпуса (43). При этом происходит торможение модуля коленного за счет действия заранее сжатой пружины толкателя (10), которая перемещает толкатель клапана (11) вперед и дает возможность клапану (13) закрыть канал, связывающий внутреннюю
полость с наружной полостью тормозного узла. Давление гидравлической жидкости (45) во внутренней полости тормозного узла увеличивается. В момент достижения величины давления гидравлической жидкости (45) во внутренней полости тормозного узла, достаточной для предотвращения перемещения штока (50) вниз относительно корпуса (43), происходит автоматическая фиксация коленного шарнира, и сгибание модуля коленного становится невозможным.
Регулировка действия клапанного механизма производится при помощи винта клапана (12).
Момент срабатывания тормозного узла определяет величина зазора между скобой (28) и корпусом (43), которая регулируется при помощи регулировочного винта (2).
При снятии вертикальной нагрузки, скоба (28) за счет усилия растормаживающих пружин (26) начинает поворачиваться против часовой стрелки и приводит в движение за собой винт клапана (12). В результате этого винт клапана (12) перемещает толкатель клапана (11) в положение, при котором клапан (13) открывает канал, связывающий внутреннюю полость с наружной полостью тормозного узла. Давление гидравлической жидкости (45) во внутренней полости тормозного узла начинает уменьшаться, что приводит к расфиксации коленного шарнира. В этот момент происходит сгибание модуля коленного, шток (50) начинает перемещаться вниз, при этом гидравлическая жидкость (45) начинает перераспределяться из внутренней полости в наружную полость, вызывая посредством перемещения гидропоршня (16) с манжетой (15) вниз сжатие пружины (46).
При сгибании модуля коленного шток (50) перемещает внутри корпуса (43) пневмопоршень (30) вниз, вызывая перераспределение воздуха из верхней внутренней полости штока (50) через образующийся зазор между уплотнительным кольцом (6) и пневмопоршнем (30) в надпоршневую полость. В этом случае  скорость передвижения пневмопоршня (30) и, соответственно, скорость сгибания модуля коленного регулируется левым дросселем (31), связанным через трубку (33) с подпоршневой полостью.
При разгибании модуля коленного пружина (46) перемещает гидропоршень (16) с манжетой (15) вверх, при этом гидравлическая жидкость (45) начинает перераспределяться из наружной полости во внутреннюю полость, приводя при помощи штока (50) к перемещению пневмопоршня (30) вверх. Это вызывает перераспределение воздуха из верхней внутренней полости штока (50) через образующийся зазор между уплотнительным кольцом (7) и пневмопоршнем (30) в подпоршневую полость. В этом случае скорость передвижения пневмопоршня (30) и, соответственно, скорость разгибания модуля коленного регулируется правым дросселем (32), связанным через воздушный канал, выполненный в верхней части корпуса (43), с надпоршневой полостью.