МОДУЛЬ КОЛЕННЫЙ
KNEE MODULE

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к искусственным частям тела, и предназначено для протезирования нижних конечностей.
Известен модуль коленный (патент РФ №2141291 на изобретение, МПК 6 A61F 2/64), содержащий тормозное коленное сочленение, выполняющее также функцию тормозного узла. Тормозное коленное сочленение содержит верхнюю часть сочленения, нижнюю часть сочленения, которые связаны соединяющей их с возможностью поворота шарнирной осью. Шарнирная ось, выполняющая функцию тормозной оси, жестко связана с нижней частью сочленения и охвачена вращающейся на ней тормозной втулкой. Тормозная втулка жестко соединена с зажимной деталью, на которой через ось качания шарнирно установлена верхняя часть сочленения с возможностью воздействия при нагрузке верхней части сочленения на зажимную деталь и оказания при этом тормозного действия на шарнирную ось. Причем тормозная втулка окружена кольцевой камерой, заполненной несжимаемой средой и связанной с возможностью обмена жидкостью с замкнутой полостью, выполненной в зажимной детали, в которой расположен нагружающий несжимаемую среду нагнетательный поршень, а верхняя часть сочленения выполнена с возможностью опоры на последний.
К недостаткам приведенного технического решения относится отсутствие адаптивности к управлению фазой маха, обусловленное отсутствием в конструкции соответствующего приспособления.
В качестве ближайшего технического решения к заявляемому изобретению выявлен модуль коленный (патент РФ №2141291 на изобретение, МПК 6 A61F 2/64), содержащий коленное сочленение и связанный с ним тормозной узел. Коленное сочленение содержит верхнюю часть сочленения, нижнюю часть сочленения, шарнирную ось, жестко соединенную с одной из частей сочленения, и образующий среднюю часть коленного сочленения качающийся рычаг, установленный своим концом, находящимся со стороны разгибания на оси качания, лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси, и охватывающий шарнирную ось своим концом, находящимся со стороны сгибания. Тормозной узел, управляемый нагружением стопы, соединенный с коленным сочленением, в своем составе содержит закрытую, концентрично охватывающую, по крайней мере, частично шарнирную ось коленного сочленения по ее периметру и заполненную гидравлическим маслом (тормозной жидкостью) вытеснительную камеру (реализованную в виде неподвижного гидроцилиндра). Вытеснительная камера выполнена в сопряженном конце средней части коленного сочленения и разделена шарнирной осью коленного сочленения на полости сгибания и разгибания, связанные между собой маслопроводом. Шарнирная ось выполнена в виде вращающегося гидропоршня и жестко соединена с верхней частью сочленения. Маслопровод реализован полностью или частично запираемым золотником, установленным в средней части коленного сочленения. Золотник выполнен с возможностью перемещения навстречу действию золотниковой пружины, отжимающей его в открытое положение, и при повороте средней части коленного сочленения в направлении сгибания вокруг установленной в нижней части сочленения оси качания - с возможностью отжима в свое закрытое положение посредством перестановочного приспособления, предусмотренного в нижней части сочленения. Для обеспечения возможности управления фазой маха в маслопровод, соединяющий полости сгибания и разгибания, последовательно включены два обратных дроссельных клапана противоположного действия.
К недостаткам ближайшего технического решения относится низкая адаптивность к управлению фазой маха, что обусловлено наличием гидравлических дросселей, способных обеспечить только узкий диапазон регулировки фазой маха и, как следствие, невысокую адаптивность к управлению фазой маха. Регулировка управлением фазой маха осуществляется посредством юстировочных штифтов дроссельных клапанов. Приспособление, повышающее адаптивность к управлению фазой маха, отсутствует.
Техническим результатом изобретения является повышение адаптивности к управлению фазой маха.
Технический результат достигают тем, что в модуле коленном, содержащем коленное сочленение и связанный с ним тормозной узел, в составе коленного сочленения выполнены верхняя часть сочленения, средняя часть коленного сочленения, нижняя часть сочленения, ось качания, шарнирная ось, жестко связанная с одной из частей сочленения, ось качания расположена параллельно, вентрально и дистально относительно шарнирной оси, в составе тормозного узла выполнена закрытая, концентрично охватывающая, по крайней мере, частично шарнирную ось коленного сочленения по ее периметру и заполненная тормозной жидкостью вытеснительная камера, расположенная в средней части коленного сочленения и разделенная шарнирной осью коленного сочленения на полости сгибания и разгибания, сообщающиеся между собой, при этом шарнирная ось выполнена в виде гидропоршня; в нем также выполнен пневмомеханический узел, осуществляющий управление фазой маха и связанный с коленным сочленением, с его верхней и нижней частями, средняя часть коленного сочленения с выполненной в ней вытеснительной камерой жестко соединена с осью качания, которая расположена со стороны разгибания в средней части коленного сочленения, шарнирная ось выполнена в виде неподвижного гидропоршня и жестко соединена с нижней частью сочленения, средняя часть коленного сочленения с вытеснительной камерой выполнена с возможностью совершения вращательного движения относительно шарнирной оси, обуславливающего изменение объема полостей сгибания и разгибания, верхняя часть сочленения со стороны разгибания установлена на оси качания с возможностью качания и выполнена охватывающей среднюю часть коленного сочленения в направлении сгибания, причем со стороны сгибания - охватывающей, контактирующей и приводящей в действие за счет создания давящего усилия тормозной клапанный механизм, выполненный в средней части коленного сочленения, и также связана со стороны сгибания с пневмомеханическим узлом, полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры соединены между собой каналом, проходящим от полости разгибания в области примыкания неподвижного гидропоршня к внутренней поверхности вытеснительной камеры, через тормозной клапанный механизм, перекрывающий канал при наличии давящего усилия, через среднюю часть коленного сочленения к полости сгибания, в гидропоршне, выполняющем функцию шарнирной оси, сформирован канал, также соединяющий полости вытеснительной камеры, в котором установлен механизм регулировки торможением и который соединен с каналом, соединяющим полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры.
В модуле коленном средняя часть коленного сочленения с закрытой, концентрично охватывающей, по крайней мере, частично шарнирную ось коленного сочленения по ее периметру и заполненной тормозной жидкостью вытеснительной камерой реализована в виде гидроцилиндра с боковыми крышками.
В модуле коленном для герметизации вытеснительной камеры тормозного узла выполнены уплотнительные кольца и манжеты, уплотнительные кольца установлены между боковыми крышками и гидроцилиндром, манжеты установлены между боковыми крышками и гидропоршнем; для герметизации полостей сгибания и разгибания относительно друг друга между гидропоршнем и гидроцилиндром установлены манжеты со стороны сгибания и со стороны разгибания.
В модуле коленном в стенке гидроцилиндра со стороны сгибания расположен винт, выполняющий функцию пробки отверстия для заливки тормозной жидкости в вытеснительную камеру тормозного узла.
В модуле коленном нижняя часть сочленения жестко связана с шарнирной осью, выполненной в виде гидропоршня, через боковые уши.
В модуле коленном в средней части коленного сочленения со стороны разгибания для фиксации оси качания выполнен стопорный винт.
В модуле коленном со стороны сгибания верхняя часть коленного сочленения соединена посредством оси с пневмомеханическим узлом.
В модуле коленном в средней части коленного сочленения со стороны сгибания между тормозным клапанным механизмом, размещенным в средней части коленного сочленения, и осью качания, а также со стороны разгибания между нижней частью сочленения и средней частью коленного сочленения выполнены пазы, в которых установлены полиуретановые амортизаторы.
В модуле коленном тормозной клапанный механизм, выполненный в средней части коленного сочленения, встроен в канал, соединяющий полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры, в его составе выполнены подушка, толкатель клапана, регулировочная гайка, крышка клапана, клапан, пружина клапана, втулка клапана, манжета клапана, а также винт клапана, выполненный в верхней части сочленения; клапан, непосредственно осуществляющий связь полостей сгибания и разгибания, обеспечивающую перераспределение тормозной жидкости, размещен во втулке клапана, которая установлена в средней части коленного сочленения, и прижат пружиной клапана к крышке клапана, выполненной поверх втулки клапана, для приведения в действие клапана, отпирающего или запирающего канал, соединяющий полости сгибания и разгибания, предназначен толкатель, установленный в крышке клапана и прижатый винтом клапана, выполненным в верхней части сочленения, на крышку клапана надета регулировочная гайка, а подушки выполнены с возможностью опоры на них верхней части коленного сочленения; для уплотнения между клапаном и втулкой клапана установлена манжета клапана.
В модуле коленном полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры соединены между собой каналом, последовательно проходящим от полости разгибания к полости сгибания через область примыкания неподвижного гидропоршня к внутренней поверхности вытеснительной камеры, среднюю часть коленного сочленения, втулку клапана, пружину клапана, втулку клапана и среднюю часть коленного сочленения.
В модуле коленном в гидропоршне, выполняющем функцию шарнирной оси, сформирован сквозной канал преимущественно в продольном направлении, в котором с одного конца установлен управляющий торможением клапан, а с другого конца - управляющий торможением дроссель, являющиеся в совокупности механизмом регулировки торможением, в гидропоршне также выполнены вспомогательные каналы со стороны разгибания и сгибания для соединения сквозного канала с соответствующими полостями вытеснительной камеры и вспомогательный канал для связи с каналом, соединяющим полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры и расположенным в области примыкания неподвижного гидропоршня к внутренней поверхности вытеснительной камеры.
В модуле коленном для герметизации управляющего торможением клапана и управляющего торможением дросселя выполнены уплотнительные кольца, которые установлены в сквозном продольном канале между указанными элементами и гидропоршнем.
В модуле коленном в составе пневмомеханического узла выполнены шток, пневмоцилиндр, дроссели разгибания и сгибания, трубопровод, пневмопоршень, опора пневмоцилиндра, направляющая втулка, дно, причем пневмоцилиндр выполнен полым, с ограниченным внутренним объемом, сверху - цельно выполненным с боковой частью верхним основанием и снизу - дном, в верхнем основании расположена направляющая втулка, в которой размещен шток, в полости пневмоцилиндра выполнен цилиндрический, контактирующий с боковой поверхностью пневмоцилиндра пневмопоршень, делящий объем на надпоршневую и подпоршневую полости, закрепленный жестко к штоку, в пневмопоршне сформированы воздуховодные каналы, обеспечивающие при движении пневмопоршня перераспределение воздуха между надпоршевой и подпоршневой полостями, в верхнем основании пневмоцилиндра выполнены дроссели разгибания и сгибания, осуществляющие выхлоп воздуха из полостей в результате движения пневмопоршня и перераспределения воздуха по воздуховодным каналам, с внешней стороны пневмоцилиндра расположен трубопровод, соединяющий подпоршневую полость с дросселем сгибания, под дном прикреплена опора пневмоцилиндра.
В модуле коленном на боковой части цилиндрического пневмопоршня, контактирующей со стенками пневмоцилиндра, выполнены кольцеобразные канавки, в которых установлены манжеты пневмопоршня, герметирующие надпоршневую и подпоршневую полости относительно друг друга.
В модуле коленном шток, жестко соединенный с одного конца с пневмопоршнем, другим концом связан с верхней частью сочленения, в опоре пневмоцилиндра выполнены полуоси, посредством которых осуществлена связь с нижней частью сочленения.
В модуле коленном во внутренней части штока выполнен глушитель из звукопоглощающего материала.
В модуле коленном крепление опоры пневмоцилиндра под дном осуществлено винтами.
В модуле коленном в верхнем основании пневмоцилиндра между направляющей втулкой и штоком выполнено уплотняющее кольцо для герметизации объема, также другое уплотняющее кольцо выполнено на стыке пневмоцилиндра, дна и опоры пневмоцилиндра.
В модуле коленном в нижней части сочленения выполнен хомут для присоединения элементов протеза.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.
На Фиг.1 показан модуль коленный в боковом разрезе и вид модуля коленного сзади, на Фиг.2 приведена верхняя часть модуля коленного с тормозным узлом в боковом разрезе, на Фиг.3 представлена нижняя часть модуля коленного с пневмомеханическим узлом в боковом разрезе, где 1, 2 - уплотнительные кольца, 3 - управляющий торможением клапан, 4 - боковые крышки, 5 - шток, 6 - пневмоцилиндр, 7 - верхняя часть сочленения, 8 - уплотнительные кольца, 9 - управляющий торможением дроссель, 10 - манжеты, 11 - боковые уши, 12 - дроссель разгибания, 13 - дроссель сгибания, 14 - трубопровод, 15 - нижняя часть сочленения, 16 - амортизатор, 17 - манжета клапана, 18 - стопорный винт, 19 - гидропоршень, 20 - манжеты гидропоршня, 21 - амортизатор, 22 - глушитель, 23 - пневмопоршень, 24 - винты, 25 - опора пневмоцилиндра, 26 - винт клапана, 27 - подушка, 28 - толкатель клапана, 29 - регулировочная гайка, 30 - крышка клапана, 31 - клапан, 32 - пружина клапана, 33 - втулка клапана, 34 - винт, 35 - гидроцилиндр, 36 - кольцо, 37 - направляющая втулка, 38 - манжеты пневмопоршня, 39 - дно, 40 - уплотнительное кольцо, 41 - хомут, 42 - ось качания, 43 - полуоси, 44 - ось.
Основные отличительные особенности предлагаемого модуля коленного и указанного ближайшего технического решения заключаются в следующем.
Во-первых, в отношении регулировки сгибания и разгибания модуля коленного. В предлагаемом модуле коленном регулировку сгибания и разгибания выполняет пневмомеханический узел. Так одна из функций дросселя сгибания (13) (см. Фиг.1) заключается в настройке фазы маха при сгибании. Одна из функций дросселя разгибания (12) - настройка фазы маха при разгибании, которая также осуществляется с учетом индивидуальных особенностей пациента. В ближайшем техническом решении регулировку сгибания и разгибания выполняет тормозной узел за счет наличия в нем гидравлических дросселей.
Во-вторых, в отношении осуществления торможения в фазе опоры. В предлагаемом модуле коленном процесс торможения инициирует поворот верхней части сочленения (7) по часовой стрелке, воздействующий на тормозной клапанный механизм, включающий и выключающий торможение (см. Фиг.1). В ближайшем техническом решении процесс торможения инициирует поворот средней части коленного сочленения, выполненной в виде качающегося рычага.
В-третьих, в отношении реализации тормозного узла. В предлагаемом модуле коленном тормозной узел, а именно вытеснительная камера с гидропоршнем (19), выполнен на базе вращающегося моментного гидроцилиндра с неподвижным поршнем, который жестко соединен с нижней частью сочленения (15). В ближайшем техническом решении тормозной узел, в части вытеснительной камеры с гидропоршнем, реализован в виде качающегося рычага (средней части коленного сочленения) на оси качания с вращающимся поршнем, который жестко соединен с верхней частью сочленения.
Вытеснительная камера также как в известном техническом решении подразделена на полости сгибания и разгибания. В предлагаемом модуле коленном полости вытеснительной камеры соединены между собой каналом. В канал, соединяющий полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры, расположенный между примыкающими друг к другу поверхностями вытеснительной камеры и гидропоршня (19) (см. Фиг.1 и 2), встроен тормозной клапанный механизм, который осуществляет включение и выключение торможения в фазе опоры за счет воздействия на него верхней частью сочленения (7), обеспечивающего давящее усилие, которое приводит в действие тормозной клапанный механизм, отпирает и запирает канал. В отпертом состоянии канала тормозная жидкость перераспределяется при сгибании и разгибании модуля коленного по полостям вытеснительной камеры. В запертом состоянии перераспределение тормозной жидкости по каналу прекращается и включается торможение.
Приведенные отличительные особенности выполнения предлагаемого модуля коленного позволяют реализовать в конструкции механизм, повышающий адаптивность к управлению фазой маха. К нему относится механизм регулировки торможением. Он выполнен в неподвижной шарнирной оси коленного сочленения или гидропоршне (19) в продольном направлении и встроен в канал, выполненный в гидропоршне (19), также соединяющий полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры, так, что обеспечивает перетекание тормозной жидкости между полостями сгибания и разгибания в процессе торможения с заданной скоростью через его управляющий торможением дроссель (9), когда канал, соединяющий указанные полости, перекрыт в результате действия тормозного клапанного механизма. Таким образом, механизм регулировки торможением задает скорость торможения в фазе опоры.
Модуль коленный содержит функциональные узлы: коленное сочленение (см. Фиг.1), тормозной узел (см. Фиг.1, Фиг.2) и пневмомеханический узел (см. Фиг.1, Фиг.3). Коленное сочленение связано с тормозным и пневмомеханическим узлами. Отдельные конструктивные элементы тормозного узла одновременно выполняют функцию конструктивных элементов коленного сочленения.
В составе коленного сочленения выполнены верхняя часть сочленения (7), нижняя часть сочленения (15). Средняя часть коленного сочленения реализована в виде гидроцилиндра (35) тормозного узла, выполняющего функцию средней части коленного сочленения и функцию вытеснительной камеры в тормозном узле. Для этого гидроцилиндр (35) реализован подвижным, полым, с ориентацией в пространстве, соответствующей расположению его высоты в горизонтальной плоскости. Средняя часть коленного сочленения (гидроцилиндр (35) тормозного узла) жестко соединена с осью качания (42), размещенной со стороны разгибания в средней части коленного сочленения (в стенке гидроцилиндра (35)). Нижняя часть сочленения (15) при помощи боковых ушей (11) жестко соединена с неподвижным гидропоршнем (19), расположенным в полости вращающегося гидроцилиндра (35) тормозного узла. Неподвижный гидропоршень (19) тормозного узла выполняет функцию шарнирной оси коленного сочленения, относительно которой совершает вращательное движение средняя часть коленного сочленения, являющаяся одновременно вытеснительной камерой тормозного узла (гидроцилиндр (35)). Ось качания (42) расположена относительно шарнирной оси коленного сочленения параллельно, вентрально и дистально. Верхняя часть сочленения (7) выполнена с возможностью охвата средней части коленного сочленения. Верхняя часть сочленения (7) концом, находящимся со стороны разгибания, установлена с возможностью качания на оси качания (42), выполненной в средней части коленного сочленения, и охватывает в направлении сгибания среднюю часть коленного сочленения. Другим концом, находящимся со стороны сгибания, верхняя часть сочленения (7) контактирует с тормозным клапанным механизмом, выполненным в средней части коленного сочленения со стороны сгибания (в стенке гидроцилиндра (35) тормозного узла), охватывая тормозной клапанный механизм с возможностью опоры на него, а именно опираясь на его подушку (27). Верхняя часть сочленения (7) создает давящее усилие, приводящее в действие тормозной клапанный механизм. Со стороны разгибания в средней части коленного сочленения (гидроцилиндра (35)) для фиксации оси качания (42) расположен стопорный винт (18). Со стороны сгибания, за участком охвата средней части коленного сочленения (гидроцилиндра (35)), за подушкой (27) тормозного клапанного механизма, верхняя часть коленного сочленения (7) соединена посредством оси (44) с пневмомеханическим узлом. В средней части коленного сочленения (в стенке гидроцилиндра (35) тормозного узла) со стороны сгибания в области, примыкающей к тормозному клапанному механизму, между последним и осью качания (42) и со стороны разгибания в области, примыкающей к нижней части сочленения (15), выполнены пазы, в которых установлены полиуретановые амортизаторы (16) и (21) для амортизации, соответственно, при сгибании и разгибании модуля коленного.
Конструктивное решение тормозного узла в модуле коленном базируется на схеме моментного гидроцилиндра (двигателя), которая рассматривается во многих справочных пособиях машиностроительной гидравлики (например, Т.М.Башта "Машиностроительная гидравлика", Москва, 1963 г.).
В составе тормозного узла выполнены расположенная внутри средней части коленного сочленения подвижная вытеснительная камера в виде гидроцилиндра (35) с боковыми крышками (4), размещенный в вытеснительной камере неподвижный гидропоршень (19), тормозной клапанный механизм и механизм регулировки торможением (регулировка скорости и времени торможения). Боковые крышки (4) изолируют полость гидроцилиндра (35), образуя закрытую вытеснительную камеру. Подвижная закрытая вытеснительная камера концентрично охватывает, по крайней мере, частично неподвижный гидропоршень (19) по его периметру, являющийся шарнирной осью коленного сочленения, выполненной с возможностью деления объема вытеснительной камеры на полость сгибания и полость разгибания (см. Фиг.2). Полости сгибания и разгибания соединены друг с другом каналом, проходящим от полости разгибания в области примыкания неподвижного гидропоршня (19) к внутренней поверхности вытеснительной камеры (к стенке гидроцилиндра (35)) со стороны сгибания и охвата средней части коленного сочленения верхней частью сочленения (7), через клапанный механизм, а именно в средней части коленного сочленения через втулку клапана (33), затем через пружину клапана (32), снова через втулку клапана (33) и далее через среднюю часть коленного сочленения к полости сгибания. Вытеснительная камера заполнена тормозной жидкостью. Герметичность полостей сгибания и разгибания относительно друг друга обеспечивают манжеты (20), размещенные со стороны разгибания между гидропоршнем (19) и гидроцилиндром (35) и со стороны сгибания между гидропоршнем (19) и гидроцилиндром (35), в части примыкания неподвижного гидропоршня (19) к внутренней поверхности вытеснительной камеры (гидроцилиндра (35)), в которой отсутствует канал, соединяющий полости. Для герметизации вытеснительной камеры тормозного узла (полости гидроцилиндра (35)) предназначены уплотнительные кольца (1) и манжеты (10). Уплотнительные кольца (1) выполнены между боковыми крышками (4) и гидроцилиндром (35). Манжеты (10) установлены между боковыми крышками (4) и гидропоршнем (19). Винт (34), расположенный в стенке гидроцилиндра (35) со стороны сгибания, является пробкой отверстия для заливки тормозной жидкости (см. Фиг.2) в вытеснительную камеру тормозного узла.
Тормозной клапанный механизм, выполненный в средней части коленного сочленения (в стенке гидроцилиндра (35)) со стороны сгибания и охвата средней части коленного сочленения верхней частью сочленения (7), встроен в канал, соединяющий полости сгибания и разгибания вытеснительной камеры. Тормозной клапанный механизм содержит винт клапана (26), подушку (27), толкатель клапана (28), регулировочную гайку (29), крышку клапана (30), клапан (31), пружину клапана (32), втулку клапана (33) и манжету клапана (17). Винт клапана (26) выполнен в верхней части сочленения (7) (см. Фиг.2).
Тормозной клапанный механизм предназначен для включения и выключения торможения при сгибании и разгибании модуля коленного и опоре, осуществляемыми при ходьбе. В процессе работы модуля коленного осуществляется перераспределение тормозной жидкости между полостями сгибания и разгибания и создание определенной величины давления в них, что приводит к фиксации или, наоборот, расфиксации модуля коленного. Тормозной клапанный механизм приводится в действие посредством создания давящего усилия на него со стороны верхней части коленного сочленения (7).
Механизм регулировки торможением реализован в гидропоршне (19), выполняющем функцию шарнирной оси коленного сочленения (см. Фиг.1 и Фиг.2), в продольном направлении и встроен в канал, выполненный в гидропоршне (19), соединяющий также полости сгибания и разгибания, и представляющий собой сквозной канал преимущественно в продольном направлении (см. Фиг.2) с отходящими от него вспомогательными каналами гидропоршня (19) (на Фиг.1 и 2 не показаны), посредством которых осуществлено подсоединение к полостям сгибания и разгибания и каналу, соединяющему их. Механизм регулировки торможением содержит управляющий торможением клапан (3), управляющий торможением дроссель (9). В сквозном канале в продольном направлении гидропоршня (19), выполняющего функцию шарнирной оси коленного сочленения, с одного конца шарнирной оси установлен управляющий торможением клапан (3), а с другого конца шарнирной оси - управляющий торможением дроссель (9). Взаимное расположение всех каналов тормозного узла (каналов в гидропоршне (19) и канала в области примыкания гидропоршня (19) к внутренней поверхности вытеснительной камеры) обеспечивает в фазе опоры при запертом клапаном (31) канале, соединяющем полости сгибания и разгибания, перетекание тормозной жидкости из полости разгибания в полость сгибания через управляющий торможением дроссель (9) со скоростью, на которую последний настроен; при сгибании и отпертом клапаном (31) канале, соединяющем полости вытеснительной камеры, - перетекание тормозной жидкости по указанному каналу из полости сгибания в полость разгибания, а при разгибании - перетекание тормозной жидкости по указанному каналу, отпертому клапаном (31), и через каналы гидропоршня (19), открытый клапаном (3) сквозной канал и вспомогательные каналы, из полости разгибания в полость сгибания.
К элементам, регулирующим работу тормозного узла и задающим параметры торможения, относятся непосредственно управляющий торможением клапан (3), управляющий торможением дроссель (9), винт клапана (26) и регулировочная гайка (29).
Связь полостей сгибания и разгибания, непосредственно обеспечивающая перераспределение тормозной жидкости или отсутствие такового, по каналу, связывающему полости сгибания и разгибания, расположенному в области примыкания к внутренней поверхности вытеснительной камеры гидропоршня (19), осуществляется при помощи клапана (31). Клапан (31) размещен во втулке клапана (33), выполняющей функцию корпуса клапанного тормозного механизма, и прижат пружиной клапана (32) к крышке клапана (30). Втулка клапана (33) установлена в средней части коленного сочленения. Клапан (31) выполнен с возможностью приведения его в действие, отпирающего или запирающего канал между полостями сгибания и разгибания посредством толкателя клапана (28), расположенного в крышке клапана (30) и прижатого винтом клапана (26). Крышка клапана (30) выполнена поверх втулки клапана (33) с размещенным в ней клапаном (31) (см. Фиг.2). Регулировочная гайка (29) надета на крышку клапана (30) и определяет момент срабатывания тормозного узла. Винт клапана (26) предназначен для задания требуемой величины зазора, определяющего ход клапана (31). Манжета клапана (17) установлена между втулкой клапана (33) и клапаном (31) с целью уплотнения.
Управляющий торможением клапан (3) и управляющий торможением дроссель (9) задают требуемые параметры торможения. Управляющий торможением клапан (3) обеспечивает перетекание тормозной жидкости между полостями вытеснительной камеры при разгибании (при отключенном торможении). Посредством управляющего торможением дросселя (9) реализуются конкретные значения скоростей перетекания тормозной жидкости при включении торможения.
Герметичность управляющего торможением клапана (3) и управляющего торможением дросселя (9) обеспечивают, соответственно, уплотнительные кольца (2) и (8), установленные в сквозном продольном канале между указанными элементами и шарнирной осью.
Пневмомеханический узел (см. Фиг.1, Фиг.3) содержит шток (5), пневмоцилиндр (6), дроссель разгибания (12), дроссель сгибания (13), трубопровод (14), глушитель (22), пневмопоршень (23), винты (24), опору пневмоцилиндра (25), кольцо (36), направляющую втулку (37), манжеты пневмопоршня (38), дно (39), уплотнительное кольцо (40).
Пневмомеханический узел связан с коленным сочленением, в частности, с верхней частью сочленения (7) посредством оси (44), расположенной в верхней части сочленения (7) со стороны сгибания, в крайней области, за винтом клапана (26), а с нижней частью сочленения (15) - посредством двух полуосей (43), выполненных в опоре пневмоцилиндра (25), расположенной под дном (39).
Пневмоцилиндр (6) выполнен полым, его внутренний объем ограничен снизу дном (39), а сверху - цельно выполненным с боковой частью верхним основанием. В верхней части пневмоцилиндра (6), то есть в верхнем основании, расположена направляющая втулка (37), в которой размещен шток (5). В полости пневмоцилиндра (6) выполнен пневмопоршень (23), делящий объем на надпоршневую и подпоршневую полости. Пневмопоршень (23) жестко закреплен к штоку (5) с одного конца, к нижней части штока. Верхняя часть (другой конец) штока (5) связана с осью (44), находящейся в верхней части сочленения (7).
На боковой части цилиндрического пневмопоршня (23), контактирующей со стенками пневмоцилиндра (6), выполнены кольцеобразные канавки, в которых установлены манжеты пневмопоршня (38) с целью уплотнения и изоляции надпоршневой и подпоршневой полостей относительно друг друга. В самом пневмопоршне (23) сформированы воздуховодные каналы, обеспечивающие при движении пневмопоршня (23) в результате сгибания или разгибания модуля коленного при ходьбе перераспределение воздуха между надпоршневой и подпоршневой полостями.
В верхнем основании пневмоцилиндра (6) выполнены дроссель разгибания (12) и дроссель сгибания (13) (см. Фиг.3), через которые осуществляется выхлоп воздуха в результате движения пневмопоршня (23) и перераспределение воздуха по воздуховодным каналам. С внешней стороны пневмоцилиндра (6) расположен трубопровод (14), соединяющий подпоршневую полость с дросселем сгибания (13). При ходьбе, при движении пневмопоршня (23) вниз происходит выхлоп воздуха из подпоршневой полости через трубопровод (14) и дроссель сгибания (13), а при движении пневмопоршня (23) вверх - выхлоп воздуха из надпоршневой полости через дроссель разгибания (12).
Во внутренней части штока (5) выполнен глушитель (22), представляющий собой вкладыш из звукопоглощающего материала.
Винты (24) осуществляют крепление опоры пневмоцилиндра (25), в которой выполнены полуоси (43), связывающие пневмомеханический узел с коленным сочлением, ко дну (39) пневмоцилиндра (6).
Кольцо (36), расположенное в верхней части пневмоцилиндра (б) между направляющей втулкой (37) и штоком (5), герметизирует объем пневмоцилиндра (6) сверху. Снизу для герметизации объема пневмоцилиндра (6) выполнено уплотнительное кольцо (40), размещенное на стыке пневмоцилиндра (6), дна (39) и опоры пневмоцилиндра(25).
К элементам, регулирующим управление фазой маха, относятся дроссели разгибания (12) и сгибания (13), являющиеся в совокупности механизмом управления фазой маха, реализованным в пневмомеханическом узле.
Таким образом, в модуле коленном выполнены следующие элементы регулировки, имеющие отношение к управлению фазой маха и повышению адаптивности.
Во-первых, управляющий торможением клапан (3). Предназначен для обеспечения перетекания тормозной жидкости при разгибании через сквозной и вспомогательные каналы гидропоршня (19) из полостей вытеснительной камеры. Настройка осуществляется при сборке модуля коленного. При торможении он закрыт, при снятии нагрузки и сгибании - закрыт, при разгибании - открыт.
Во-вторых, управляющий торможением дроссель (9). Предназначен для задания скорости перетекания жидкости при включении торможения через сквозной и вспомогательные каналы гидропоршня (19) из полостей вытеснительной камеры. Настройка осуществляется при протезировании с учетом индивидуальных особенностей пациента.
В-третьих, регулировочная гайка (29). Предназначена для задания момента срабатывания тормозного узла. Настройка осуществляется при протезировании с учетом индивидуальных особенностей пациента.
В-четвертых, винт клапана (26). Предназначен для настройки хода клапана (31). Настройка осуществляется при сборке.
В-пятых, дроссель сгибания (13). Предназначен для настройки фазы маха при сгибании. Настройка осуществляется при протезировании с учетом индивидуальных особенностей пациента.
В-шестых, дроссель разгибания (12). Предназначен для настройки фазы маха при разгибании. Настройка осуществляется при протезировании с учетом индивидуальных особенностей пациента.
В нижней части, а именно в нижней части сочленения, модуль коленный снабжен хомутом (41) для присоединения элементов протеза.
Основными материалами при изготовлении модуля коленного являются сталь, алюминий, титан, бронза, полимерные материалы, в частности полиамид, в качестве тормозной жидкости используют кремнийорганическую смесь с минеральными маслами.
Модуль коленный при эксплуатации функционирует следующим образом.
При вертикальном нагружении, в фазе опоры, верхняя часть сочленения (7) поворачивается вокруг оси качания (42) по часовой стрелке и приводит в движение толкатель клапана (28). Толкатель клапана (28) воздействует на клапан (31), который в результате перекрывает канал, соединяющий полости сгибания и разгибания тормозного узла в гидроцилиндре (35), прекращая перераспределение тормозной жидкости между полостями тормозного узла по каналу, соединяющему их и расположенному в области примыкания неподвижного гидропоршня (19) к внутренней поверхности вытеснительной камеры (к стенке гидроцилиндра (35)) со стороны сгибания и охвата средней части коленного сочленения верхней частью сочленения (7), и вызывая торможение модуля коленного. Управляющий торможением клапан (3) закрывает канал в гидропоршне (19) со стороны разгибания (см. Фиг.2), препятствуя перетеканию тормозной жидкости. Перетекание тормозной жидкости из полости разгибания в полость сгибания осуществляется через управляющий торможением дроссель (9) со скоростью, на которую он настроен. При этом давление тормозной жидкости в полости разгибания тормозного узла увеличивается за счет вращательного движения вытеснительной камеры относительно неподвижного гидропоршня (19), приводящего к изменению объема полостей сгибания и разгибания, вызывая перетекание через упомянутый дроссель (9), а последнее приводит к увеличению давления в полости сгибания.
Снятие вертикальной нагрузки приводит к поворачиванию верхней части сочленения (7) против часовой стрелки, величина давящего усилия уменьшается, что обеспечивает приведение в действие пружину клапана (32), которая в свою очередь воздействует на клапан (31), перемещая его в положение, при котором он открывает канал, соединяющий полости сгибания и разгибания тормозного узла в гидроцилиндре (35). Гидроцилиндр (35) (вытеснительная камера) также совершает вращательное движение в обратную сторону, обуславливающее изменение объема полостей сгибания и разгибания. Давление в полости разгибания уменьшается, вызывая расфиксацию коленного сочленения, и становится возможным сгибание и дальнейшее разгибание модуля коленного. Тормозная жидкость перераспределяется между полостями сгибания и разгибания тормозного узла по каналу, соединяющему их и расположенному в области примыкания неподвижного гидропоршня (19) к внутренней поверхности вытеснительной камеры (к стенке гидроцилиндра (35)) со стороны сгибания и охвата средней части коленного сочленения верхней частью сочленения (7). Управляющий торможением клапан (3) продолжает закрывать канал в гидропоршне (19) со стороны разгибания (см. Фиг.2), препятствуя перетеканию тормозной жидкости.
При сгибании модуля коленного шток (5) перемещает в полости пневмоцилиндра (6) пневмопоршень (23) вниз, вызывая выхлоп воздуха из подпоршневой полости через трубопровод (14) и дроссель сгибания (13). При этом скорость передвижения пневмопоршня (23) и, соответственно, скорость сгибания модуля коленного регулируется дросселем сгибания (13).
При разгибании модуля коленного шток (5) перемещает в полости пневмоцилиндра (6) пневмопоршень (23) вверх, вызывая выхлоп воздуха из надпоршневой полости через дроссель разгибания (12). Скорость передвижения пневмопоршня (23) вверх и, соответственно, скорость разгибания модуля коленного регулируется дросселем разгибания (12).
При разгибании тормозная жидкость перераспределяется из полости разгибания в полость сгибания по обоим каналам. Управляющий торможением клапан (3) открывает канал в гидропоршне (19) со стороны разгибания, клапан (31) открывает канал, соединяющий полости вытеснительной камеры и расположенный в области примыкания неподвижного гидропоршня (19) к внутренней поверхности вытеснительной камеры (к стенке гидроцилиндра (35)) со стороны сгибания и охвата средней части коленного сочленения верхней частью сочленения (7).