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 на изобретение №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.
Недостатками известного технического решения являются невысокая износостойкость, невысокая надежность, короткий эксплуатационный срок вследствие выполнения тормозного узла на основе только механических элементов.
Известен модуль коленный (патент РФ на полезную модель №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.
Недостатками известного технического решения являются невысокая износостойкость, невысокая надежность, короткий эксплуатационный срок вследствие выполнения тормозного узла на основе только механических элементов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является модуль коленный (патент РФ на полезную модель №47732, МПК: 7 А 61 F 2/64), содержащий коленный шарнир, пневмомеханический и тормозной узлы, корпус, в верхней и нижней части которого, выполнены, соответственно, пневмомеханический и тормозной узлы, связанные между собой и каждый в отдельности с коленным шарниром и корпусом, причем
тормозной узел выполнен в составе стакана, 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 с коленным шарниром (с его скобой), конструктивные элементы тормозного и пневмомеханического узлов расположены в корпусе с возможностью образования внутренней и наружной полостей тормозного узла, заполненных гидравлической жидкостью, внутренняя полость, образована внутренними объемами стакана и телескопически размещенной в стакане, в его верхней части, нижней части штока пневмомеханического узла и соединена каналом в верхней части стакана с наружной, а связь между ними осуществлена при помощи клапанного механизма, а наружная полость образована стаканом с клапанным механизмом и гидропоршнем, пространственно размещенными с возможностью образования между наружной поверхностью стенок стакана и внутренней поверхностью корпуса наружной полости тормозного узла, пружина, надетая на стакан, размещена под гидропоршнем.
Недостатками наиболее близкого технического решения являются невысокая износостойкость, невысокая надежность, короткий эксплуатационный срок из-за конструктивных особенностей выполнения тормозного узла. Наличие подвижных гидравлических элементов, в частности, гидропоршня способствует снижению указанных эксплуатационных показателей.
Техническим результатом полезной модели является:
- повышение износостойкости;
- повышение надежности;
- увеличение срока эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в модуле коленном, содержащем коленный шарнир, пневмомеханический и тормозной узлы, корпус, в верхней и нижней части которого, выполнены, соответственно, пневмомеханический и тормозной узлы, связанные между собой и каждый в отдельности с коленным шарниром и корпусом, причем тормозной узел выполнен в составе стакана, клапанного механизма, пружины, при этом стакан жестко соединен с нижней частью корпуса, клапанный механизм размещен в корпусе и в верхней части стакана и связан с коленным шарниром, конструктивные элементы тормозного и пневмомеханического узлов расположены в корпусе с возможностью образования внутренней и наружной полостей тормозного узла, заполненных гидравлической жидкостью, внутренняя полость образована внутренними объемами стакана и телескопически размещенной в стакане, в его верхней части, нижней части штока пневмомеханического узла и соединена каналом в верхней части стакана с
наружной, а связь между ними осуществлена при помощи клапанного механизма, в составе тормозного узла выполнены также эластичный резервуар, направляющая, нижняя направляющая втулка из антифрикционного материала, эластичный резервуар надет на стакан снизу, внизу он прижат к стенкам стакана, а сверху - к верхней части стакана с возможностью образования наружной полости тормозного узла, внутри стакана и нижней части штока выполнена пружина, надетая на направляющую, расположенную внутри стакана и внутри нижней части штока, нижняя направляющая втулка выполнена в верхней части стакана с возможностью примыкания к штоку, нижняя часть которого и расположена внутри нее.
Коленный шарнир выполнен в составе верхней опоры, скобы, оси качания, шарнирной оси, причем шарнирная ось жестко соединена с верхней опорой, скоба установлена верхним концом на шарнирной оси, средней частью на жестко соединенной с корпусом оси качания и подвижно соединена через зазор с корпусом, для регулировки ширины которого в корпусе выполнены регулировочный винт с уплотнительным кольцом.
Пневмомеханический узел выполнен в составе штока, глушителя, верхней направляющей втулки, пневмопоршня, отбойника, трубки, левого дросселя, правого дросселя, трех уплотнительных колец, при этом пневмопоршень выполнен в форме диска с верхней и нижней канавками на боковой части под уплотнительные кольца, со сквозным отверстием в центре для соединения со штоком и жестко соединен с наружной средней частью штока, подразделяя внутренний объем корпуса на надпоршневую и подпоршневую полости, которые герметизированы снизу уплотнительными кольцами, размещенными в верхней и нижних канавках боковой части пневмопоршня, для герметизации надпоршневой полости сверху выполнено также и уплотнительное кольцо в нижней части верхней направляющей втулки, верхняя часть штока размещена внутри верхней направляющей втулки, между которой и пневмопоршнем выполнен кольцеобразный отбойник для амортизации, в пневмопоршне и штоке выполнены воздуховодные каналы, обеспечивающие при движении пневмопоршня вниз перераспределение воздуха из верхней внутренней части штока через образующийся зазор между уплотнительным кольцом в верхней канавке и пневмопоршнем в надпоршневую полость, а при движении пневмопоршня вверх перераспределение воздуха из верхней внутренней части штока через образующийся зазор между уплотнительным кольцом в нижней канавке и пневмопоршнем в подпоршневую полость, в верхней внутренней части штока расположен глушитель, сзади в верхней части корпуса выполнены трубка, связывающая подпоршневую полость с расположенным в верхней задней части корпуса левым дросселем, и воздушный канал, связывающий надпоршневую полость с
расположенным в верхней задней части корпуса правым дросселем, пневмомеханический узел 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.
Спереди корпус снабжен пазами с установленными в них полиуретановыми амортизаторами в качестве опоры для скобы коленного шарнира, а также упором с установленными на нем растормаживающими пружинами, ограничивающими при сгибании модуля коленного вращательное движение скобы относительно оси качания.
В тормозном узле стакан жестко соединен своей верхней частью с нижней частью корпуса посредством двух стопорных колец, выполненных вверху и внизу верхней части стакана, стопорной шайбы вверху верхней части стакана, стопорной втулки под верхней частью стакана и стопорного винта в плоскости верхней части стакана, эластичный резервуар, выполненный в виде мешка конической формы, внизу прижат к стенкам стакана гайкой, а сверху к верхней части стакана стопорной втулкой, осуществляющей жесткое крепление стакана к корпусу, при этом в верхней части стакана выполнены снаружи, под стопорным кольцом, размещенным вверху верхней части стакана для его жесткого крепления, кольцеобразная канавка с расположенным в ней уплотнительным кольцом для герметизации наружной полости тормозного узла сверху, а внутри, между нижней направляющей втулкой, примыкающей к штоку, и стенкой  стакана стопорное кольцо для фиксации нижней направляющей втулки, под нижней направляющей втулкой во внутренней кольцеобразной канавке стакана вплотную к штоку размещена манжета с двумя уплотнительными элементами для герметизации внутренней полости тормозного узла, внизу внутри стакана для заполнения его гидравлической жидкостью выполнены в виде заливной пробки винт с шайбой, вверху в нижней части штока расположено упорное кольцо, предназначенное для упора пружины тормозного узла, клапанный механизм, выполнен в составе корпуса клапана, уплотнительных колец, пружины толкателя, толкателя клапана, винта клапана, клапана и пружины клапана, при этом винт клапана выполнен в нижней части скобы коленного шарнира, клапан прижат пружиной клапана к корпусу клапана и выполнен с возможностью приведения его в действие посредством толкателя клапана, прижатого пружиной толкателя к винту клапана, два уплотнительных кольца размещены между корпусом клапана и толкателем клапана.
В верхней части модуля коленного, на верхней опоре коленного шарнира, закреплена коленная чаша, а в нижней части модуля коленного, снаружи внизу корпуса выполнен хомут с двумя стяжными винтами.
Сущность полезной модели поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. Фиг.1 - модуль коленный в боковом разрезе и вид модуля коленного спереди, Фиг.2 - вид модуля коленного сзади. Фиг.3 - верхняя часть модуля коленного с пневмомеханическим узлом в разрезе сбоку, Фиг.4 - нижняя часть модуля коленного с тормозным узлом в разрезе сбоку, 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 - эластичный резервуар, 16 - направляющая, 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 - верхняя направляющая втулка, 30 - пневмопоршень, 31 - левый дроссель, 32 - правый дроссель, 33 - трубка, 34 - стопорное кольцо, 35 - манжета, 36 - стакан, 37 - стопорная шайба, 38 - стопорное кольцо, 39 - уплотнительное кольцо, 40 - стопорный винт, 41 - стопорная втулка, 42 - стопорное кольцо, 43 - корпус, 44 - стяжной винт, 45 - гидравлическая жидкость, 46 - пружина, 47 - стяжной винт, 48 - хомут, 49 - глушитель, 50 - шток, 51 - упорное кольцо, 52 - нижняя направляющая втулка.
Предлагаемый модуль коленный обладает более высокими эксплуатационными показателями по сравнению с известными техническими решениями. Отличительные особенности конструктивного выполнения тормозного узла предлагаемого модуля коленного относительно прототипа позволяют повысить его износостойкость и надежность, а также увеличить срок эксплуатации. Наличие в тормозном узле неподвижного эластичного резервуара (15), нижней направляющей втулки (52) из антифрикционного материала, зажимающей манжету (35) с двумя уплотнительными элементами, обеспечивает более высокий уровень герметизации полостей тормозного узла, заполненных гидравлической жидкостью (45), устраняет возможность возникновения подтекания в ходе эксплуатации в результате износа конструктивных элементов, а также отвечает учету температурных условий эксплуатации модуля коленного. Выполнение тормозного узла с использованием таких 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.
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), эластичный резервуар (15), направляющая (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), верхняя направляющая втулка (29), пневмопоршень (30), левый дроссель (31), правый дроссель (32), трубка (33), стопорное кольцо (34), манжета (35), стакан (36), стопорная шайба (37), стопорное кольцо (38), уплотнительное кольцо (39), стопорный винт (40), стопорная втулка (41), стопорное кольцо (42), корпус (43), стяжной винт (44), пружина (46), стяжной винт (47), хомут (48), глушитель (49), шток (50), упорное кольцо (51), нижняя направляющая втулка (52) (см. Фиг.1 и 2). Гидравлическая жидкость (45) заполняет стакан (36), эластичный резервуар (15) и объем нижней внутренней части штока (50).
Основными конструктивными узлами модуля коленного являются коленный шарнир, пневмомеханический и тормозной узлы, размещенные в корпусе (43), причем коленный шарнир связан с пневмомеханическим и тормозным узлами и корпусом, пневмомеханический и тормозной узлы связаны с друг другом и каждый из них имеет связь с корпусом (43). Модуль коленный снабжен в верхней части коленной чашей (23), а в нижней части элементами для сборки конструкции.
Коленный шарнир выполнен в составе верхней опоры (22), скобы (28), оси качания (1), шарнирной оси (21) (Фиг.1-3), причем шарнирная ось (21) жестко соединена с верхней опорой (22), скоба (28) установлена верхним концом на шарнирной оси (21), а средней частью на оси качания (1), жестко соединенной с корпусом (43), и подвижно соединена через зазор с корпусом (43).
Ширина зазора между скобой (28) и корпусом (43) регулируется выполненным в корпусе (43) регулировочным винтом (2) с уплотнительным кольцом (3).
Спереди корпус (43) снабжен пазами с установленными в них полиуретановыми амортизаторами (27) в качестве опоры для скобы (28), а также упором с установленными на нем растормаживающими пружинами (26) с возможностью сжатия их скобой (28). При сгибании модуля коленного вращательное движение скобы (28) относительно оси качания (1) ограничивают растормаживающие пружины (26) на упоре корпуса (43) а при разгибании - регулировочный винт (2), выполняющий функцию упора.
Пневмомеханический и тормозной узлы размещены в корпусе (43), в его верхней и нижней частях, соответственно (Фиг.3 и 4).
Пневмомеханический узел выполнен в составе штока (50), глушителя (49), верхней направляющей втулки (29), пневмопоршня (30), отбойника (5), трубки (33), левого дросселя (31), правого дросселя (32), уплотнительных колец (4), (6) и (7) (Фиг.2 и 3).
Пневмопоршень (30) выполнен в форме диска с верхней и нижней канавками на боковой части под уплотнительные кольца (6) и (7), соответственно, со сквозным отверстием в центре для соединения его со штоком (50) и жестко соединен с наружной средней частью штока (50), подразделяя внутренний объем корпуса (43) на надпоршневую и подпоршневую полости, которые герметизированы уплотнительными кольцами (6) и (7), соответственно, причем для герметизации надпоршневой полости выполнено также и уплотнительное кольцо (4) в нижней части верхней направляющей втулки (29).
Верхняя часть штока (50) размещена внутри верхней направляющей втулки (29).
Для амортизации между верхней направляющей втулкой (29) и пневмопоршнем (30) выполнен кольцеобразный отбойник (5).
Сзади в верхней части корпуса (43) (Фиг.2) выполнены трубка (33), связывающая подпоршневую полость с расположенным в верхней задней части корпуса (43) левым дросселем (31), и воздушный канал, связывающий надпоршевую полость с расположенным в верхней задней части корпуса (43) правым дросселем (32).
В пневмопоршне (30) и штоке (50) выполнены воздуховодные каналы, обеспечивающие при движении пневмопоршня (30) перераспределение воздуха из верхней внутренней части штока (50): при перемещении вниз в надпоршневую полость через образующийся при этом зазор между уплотнительным кольцом (6) и пневмопоршнем (30), а при перемещении вверх в подпоршневую полость через образующийся при этом зазор между уплотнительным кольцом (7) и пневмопоршнем (30).
В верхней внутренней части штока (50) расположен глушитель (49), представляющий собой вкладыш из звукопоглощающего материала. Нижняя часть штока (50), заполненная гидравлической жидкостью (45), расположена телескопически внутри заполненного гидравлической жидкостью (45) стакана (36) тормозного узла.
Связь пневмомеханического узла с коленным шарниром осуществлена посредством шатуна (24), верхняя часть которого шарнирно соединена с жестко закрепленной с верхней опорой (22) осью (20), а нижняя часть шарнирно соединена с жестко закрепленной с верхней частью штока (50) осью (25).
Тормозной узел выполнен в составе клапанного механизма, содержащего корпус клапана (8), уплотнительные кольца (9), пружину толкателя (10), толкатель клапана (11), винт клапана (12), клапан (13) и пружину клапана (14), эластичного резервуара (15), направляющей (16), винта (17), шайбы (18), гайки (19), стопорного кольца (34), манжеты
(35), стакана (36), пружины (46), упорного кольца (51) и нижней направляющей втулки (52) (Фиг.4).
Стакан (36) при помощи стопорных колец (38) и (42), стопорной шайбы (37), стопорной втулки (41) и стопорного винта (40) жестко соединен с нижней частью корпуса (43). Стопорные кольца (38) и (42) размещены, соответственно, вверху и внизу верхней части стакана (36), стопорная шайба (37) размещена вверху верхней части стакана (36), стопорная втулка (41) выполнена под верхней частью стакана, а стопорный винт (40) - в плоскости верхней части стакана (36).
Эластичный резервуар (15), выполненный в виде мешка конической формы, надет на стакан (36) снизу, при этом внизу он прижат к стенкам стакана (36) гайкой (19), а сверху - к верхней части стакана (36) стопорной втулкой (41) с возможностью образования наружной полости тормозного узла, представляющей собой объем, ограниченный наружной поверхностью стакана (36) и внутренней поверхностью эластичного резервуара (15), заполненный гидравлической жидкостью (45).
Внутренняя полость тормозного узла образована заполненными гидравлической жидкостью (45) объемами вышеуказанной нижней части штока (50) и стакана (36), внутри которого телескопически расположена нижняя часть штока (50).
Между полостями тормозного узла в верхней части стакана выполнен соединяющий их канал.
В верхней части стакана (36) выполнены: снаружи - кольцеобразная канавка под уплотнительное кольцо (39), а внутри - примыкающая к штоку (50) нижняя направляющая втулка (52), зафиксированная стопорным кольцом (34). Под нижней направляющей втулкой (52) во внутренней кольцеобразной канавке стакана (36) вплотную к штоку (50) размещена манжета (35) с двумя уплотнительными элементами. Внизу внутри стакана (36), в днище стакана (36), для заполнения его гидравлической жидкостью (45) выполнены в виде заливной пробки винт (17) с шайбой (18).
В верхней части стакана (36) и корпусе (43) размещен клапанный механизм, предназначенный для перераспределения гидравлической жидкости (45) между полостями тормозного узла по соединяющему их каналу, при этом винт клапана (12) выполнен в скобе (28) коленного шарнира, в ее нижней части. Связь наружной полости с внутренней полостью осуществлена посредством клапана (13). Клапан (13) прижат пружиной клапана (14) к корпусу клапана (8). Клапан (13) выполнен с возможностью приведения его в действие, отпирающего или запирающего канал между полостями тормозного узла, посредством толкателя клапана (11), прижатого пружиной толкателя (10) к винту клапана
(12), выполненного в нижней части скобы (28). Между корпусом клапана (8) и толкателем клапана (11) для герметизации выполнены два уплотнительных кольца (9).
Внутри стакана (36) и всей нижней части штока (50), выполнены пружина (46), надетая на направляющую (16), расположенную внутри стакана (36) и внутри нижней части штока (50), которая размещена внутри верхней части стакана (36), и упорное кольцо (51), предназначенное для упора пружины (46) и расположенное вверху нижней части штока (50) (Фиг.1).
Эластичный резервуар (15), охватывающий стакан (36) снизу, в совокупности с гайкой (19), и стопорной втулкой (41) обеспечивает герметизацию наружной полости тормозного узла снизу, а уплотнительное кольцо (39) обеспечивает герметизацию наружной полости тормозного узла сверху. Герметизацию внутренней полости тормозного узла обеспечивает манжета (35) с двумя уплотнительными элементами.
В верхней части модуля коленного, на верхней опоре (22), закреплена коленная чаша (23).
В нижней части модуля коленного, внизу корпуса (43), выполнены стяжной хомут (48), стяжные винты (44) и (47) для сборки элементов.
В качестве основных материалов при изготовлении модуля коленного используют сталь, алюминий, бронзу, титан, полиамид, гидравлической жидкостью служит кремнийорганическая смесь с минеральными маслами.
Модуль коленный работает следующим образом.
При вертикальном нагружении, в фазе опоры, шток (50) перемещается вниз относительно корпуса (43), скоба (28) поворачивается вокруг оси качания (1) по часовой стрелке и приводит в движение выполненный в ее нижней части винт клапана (12). Сжатая пружина толкателя (10) перемещает толкатель клапана (11) так, что он воздействует на клапан (13), в результате чего клапан (13) закрывает канал, связывающий внутреннюю и наружную полости тормозного узла, и происходит торможение модуля коленного. Давление во внутренней полости тормозного узла, заполненной гидравлической жидкостью, нарастает, в момент, когда оно достигает величины достаточной для предотвращения перемещения штока (50) вниз, происходит автоматическая фиксация коленного шарнира, и сгибание модуля коленного становится невозможным.
Регулирование действия клапанного механизма осуществляется винтом клапана (12).
Момент срабатывания тормозного узла зависит от регулируемой регулировочным винтом (2) величины зазора между скобой (28) и корпусом (43).
Снятие вертикальной нагрузки приводит в действие растормаживающие пружины (26), которые поворачивают скобу (28) против часовой стрелки. Винт клапана (12), приводимый в движение скобой (28), перемещает толкатель клапана (11) так, что его воздействие на клапан (13) прекращается, и клапан (13) занимает положение, при котором он открывает канал, связывающий внутреннюю и наружную полости тормозного узла. Давление во внутренней полости тормозного узла, заполненной гидравлической жидкостью, уменьшается, что приводит к расфиксации коленного шарнира. В результате происходит сгибание модуля коленного, шток (50) перемещается вниз, сжимая пружину (46), а гидравлическая жидкость (45) перераспределяется из внутренней полости тормозного узла в наружную.
В процессе сгибания модуля коленного шток (50) перемещает внутри корпуса (43) пневмопоршень (30) вниз, вызывая перераспределение воздуха из верхней внутренней части штока (50) по воздуховодным каналам в штоке (50) и пневмопоршне (30) через образующийся зазор между уплотнительным кольцом (6) и пневмопоршнем (30) в надпоршневую полость. При этом 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), воздействуя на шток (50), перемещает его вверх. Гидравлическая жидкость (45) перераспределяется из наружной полости тормозного узла во внутреннюю, что приводит при помощи штока (50) к перемещению пневмопоршня (30) вверх. В свою очередь это вызывает перераспределение воздуха из верхней внутренней части штока (50) по воздуховодным каналам в штоке (50) и пневмопоршне (30) через образующийся зазор между уплотнительным кольцом (7) и пневмопоршнем (30) в подпоршневую полость. При этом скорость передвижения пневмопоршня (30) и, соответственно, скорость разгибания модуля коленного регулируется правым дросселем (32), связанным через воздушный канал, выполненный в верхней задней части корпуса (43), с подпоршневой полостью.