Амортизатор гидравлический регулируемый
HYDRAULIC ADJUSTABLE SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к управляемым механизмам для обеспечения функций ортопедических изделий, предназначенных для протезирования нижних конечностей. Например, на основе регулируемого амортизатора может быть создан коленный модуль, предназначенный для людей с ампутациями нижних конечностей, врожденными аномалиями на уровне бедра.
В известном патенте на изобретение RU №2380061, МПК A61F 2/64, описывается одноосный коленный модуль с тормозным узлом, охватывающим шарнирную ось и расположенным соосно с ней, представляющий собой одношиберный поворотный гидродвигатель. В узле имеется раздельные полости сгибания и разгибания, сообщающиеся между собой через канал с клапаном. В каналах узла имеются два дросселя регулировки скорости перетекания жидкости для независимой настройки фаз сгибания и маха, настраиваемые при протезировании с учетом индивидуальных особенностей пациента. Устройство также имеет пневмомеханический узел, связанный с коленным сочленением, который выполняет роль голенеоткидного механизма.
Недостатком изобретения является статическое ручное управление фазами сгибания и маха, реализация функций тормозного и голенеоткидного механизма различными устройствами, что увеличивает габариты коленного модуля (МК).
В патенте на изобретение RU №2480182, МПК A61F 2/68, описывается гидравлический амортизатор, представляющий собой поршневой гидравлический цилиндр со встроенным расширительным баком, резервуаром для текущей среды, возвратным трубопроводом, клапаном с устройством для приведения клапана в различные состояния. Амортизатор не имеет уплотнения между поршнем и цилиндром, где предусмотрен заданный кольцевой зазор для снижения точности изготовления и стоимости устройства. Данный зазор играет роль демпфера за счет встречного потока рабочей среды при внедрении поршня (сгибании протеза).
Недостатком устройства является его невысокий ресурс, рассчитанный на малые нагрузки и невысокую интенсивность использования.
В патенте на изобретение RU №2488367, МПК A61F 2/64, описывается коленный сустав с упором ограничения движения распрямления в виде запирающего устройства (клапана) гидравлического канала из состава гидроамортизатора. Упор выполняет функцию демпфера, ограничивая движение шарнира МК в конце фазы маха и может иметь электромеханический привод, осуществляющий управление упором на основе данных датчиков.
Недостатком изобретения является возможность регулировки только лишь разгибания протеза в фазе маха.
В общем случае из уровня техники известны многочисленные приспособления, обеспечивающие шарниру МК регулируемую скорость сгибания и разгибания. Данные приспособления являются регулируемыми амортизаторами и используют различные физические принципы и конструкцию: амотризаторы, использующие магнит и магнитореологическую жидкость, гидравлические, гидропневматические, поворотного действия, трубчатые поршневые, и т.д.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является гидропневматический амортизатор, способный управлять скоростью выброса и внедрения штока в цилиндр с возможностью полной блокировка штока (патент на изобретение RU №2684548, ПМК F16F 9/06) - прототип.
В патенте описывается гидропневматический амортизатор для управляемых МК, представляющий собой поршневой гидравлический цилиндр, с односторонним штоком, содержащий два управляемых дросселя и компенсационную полость. Дроссели образованы седлом соответствующего клапана и выполнены с калибровочным отверстием, имеют возможность вращения и независимого осевого перемещения, за счет чего выполняют также функции обратных клапанов. Амортизатор способен управлять скоростью выброса и внедрения штока в цилиндр с возможностью полной блокировки штока.
Недостатками прототипа является сложность изготовления дросселей, интегрированных с клапанами сжатия и отбоя; необходимость применения управляющих механизмов, приводящая к увеличению потребления энергии при обеспечении плавности работы амортизатора для замедления поршня с помощью дросселей и смягчения ударов поршня со штоком в крайних положениях о крышку и дно цилиндра.
Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является обеспечение плавности работы МК, обеспечение возможности независимой точной регулировки скорости сгибания и разгибания МК, а также увеличение надежности и ресурса.
Технический результат достигается тем, что в амортизаторе гидравлическом регулируемом, содержащем внутри корпуса гидроцилиндр с размещенным в нем поршнем с односторонним штоком, который делит гидроцилиндр на поршневую и штоковую камеры, элементы герметизации, первый и второй обратные клапаны, цилиндр с плавающим поршнем, сообщенный каналами (15, 16), проходящими через регулируемые гидродроссели (11, 12), выполненные с отверстиями и управляющими механизмами, со штоковой камерой (13) и через первый обратный клапан (35) с поршневой камерой (14) гидроцилиндра, амортизатор дополнительно содержит главный канал (17), отдельный канал (18), два дополнительных обратных клапана (25, 28) и уравновешивающий канал (29), связывающий штоковую камеру (13) и цилиндр с плавающим поршнем в обход регулируемого гидродросселя (11), имеющего сообщение со штоковой камерой (13), кроме того, плавающий поршень в цилиндре выполнен подпружиненным с одной стороны и с выступающей частью с другой стороны с возможностью перекрытия отдельного канала (18), отдельный канал (18) связывает цилиндр (7) с плавающим поршнем (6) с поршневой камерой (14) через второй обратный клапан (26), при этом главный канал (17) связывает штоковую камеру, через первый дополнительный обратный клапан (25) размещенный на входе в штоковую камеру (13), с поршневой камерой (14) через регулируемый гидро дроссель (12), имеющий прямое сообщение с поршневой камерой (14), второй (28) из дополнительных обратных клапанов размещен внутри поршня для выравнивания давления в поршневой камере относительно штоковой, при этом регулируемые гидродроссели (11, 12) представляют собой два соосных цилиндра, - неподвижный наружный и подвижный внутренний, в которых отверстия в поперечном направлении цилиндров выполнены с возможностью совмещения.
Изобретение поясняется иллюстрацией, где схематично представлен заявляемый амортизатор. Конструктивно амортизатор гидравлический регулируемый выполнен как цельное устройство, схематично изображенное на чертеже.
Предлагаемое устройство включает в себя корпус (1), внутри которого содержится гидроцилиндр (10) с размещенным в нем поршнем (4) с односторонним штоком (3), который делит гидроцилиндр (10) на поршневую (14) и штоковую (13) камеры; цилиндр (7) с плавающим поршнем (6); каналы (15, 16); регулируемые гидродроссели (11), (12); первый (35) и второй (26) обратные клапаны; элементы герметизации (9).
Корпус амортизатора дополнительно содержит главный канал (17), отдельный канал (18), два дополнительных обратных клапана (25, 28) и уравновешивающий канал (29), связывающий штоковую камеру (13) и цилиндр (7) с плавающим поршнем (6) в обход регулируемого гидродросселя (11), имеющего сообщение со штоковой камерой (13).
Регулируемые гидродроссели (11, 12), выполнены с отверстиями и управляющими механизмами (2), и при этом представляют собой два соосных цилиндра, - неподвижный наружный (20) и подвижный внутренний (21), например, вращающийся относительно наружного. Наружный цилиндр (20) зафиксирован от поворота элементами конструкции. В цилиндрах (20, 21) выполнены отверстия в поперечном направлении, которые способны плавно совмещаться и перекрываться, при вращении цилиндров (21) или смещении в осевом направлении.
Плавающий поршень (6) в цилиндре (7) выполнен подпружиненным с одной стороны и с выступающей частью (30) с другой стороны с возможностью перекрытия отдельного канала (18). Цилиндр (7) с плавающим поршнем (6) сообщен каналом (15) со штоковой камерой (13) и каналом (16) через первый обратный клапан (35) с поршневой камерой (14) гидроцилиндра (10). Отдельный канал (18) связывает цилиндр (7) и плавающий поршень (6) с поршневой камерой (14) через второй обратный клапан (26). Главный канал (17) связывает штоковую камеру, через первый дополнительный обратный клапан (25) размещенный на входе в штоковую камеру (13), и поршневую камеру (14) через регулируемый гидродроссель (12), имеющий прямое сообщение с поршневой камерой (14).
Второй (28) дополнительный обратный клапан (28) находится непосредственно в поршне (4) амортизатора для выравнивания давления в поршневой камере (14) относительно штоковой (13).
Особенностью изобретения является реализация деталями конструкции комплексных функций элементов гидравлической схемы. Таким образом, функцию гидравлического аккумулятора (5) (АК) выполняет группа деталей: цилиндр (7), плавающий поршень (6) с пружиной (8), элемент герметизации (9). АК служит для рекуперации энергии обратного хода поршня (4) при внедрении штока (3) в гидроцилиндр (10) и совершения работы при прямом ходе поршня (4) - выбросе штока (3) наружу. АК также является расширительным баком для хранения гидравлической жидкости и поддержания заданного гидравлического давления.
Амортизатор работает следующим образом.
Внешний блок управления передает сигнал управляющим механизмам (2). Механизмы управляют регулируемыми гидродросселями (11, 12), контролирующими поток гидравлической жидкости, перетекающей по главному каналу (17) из поршневой камеры (14) в штоковую камеру (13) и обратно по каналу (15) и отдельному каналу (18), тем самым обеспечивая необходимую скорость движения штока (3).
Управляющие механизмы (2) регулируемых гидродросселей (11 и 12) поворачивают или смещают в осевом направлении цилиндры (21) на заданный угол или расстояние соответственно, тем самым изменяя сечения каналов и скорость протекания жидкости по ним. Таким образом, обеспечивается требуемая скорость возвратно-поступательного движения штока и соответственно сгибание-разгибание шарнира МК вплоть до блокировки амортизатора.
Для задания направления течения гидравлической жидкости используются обратные клапаны (25) и (26). При обратном ходе поршня (4) - внедрении штока (3) в гидроцилиндр (10) жидкость циркулирует по каналам (16 и 17) через гидродроссель (12), клапаны (25 и 35), при прямом ходе поршня (4) и выбросе штока (3) - по каналу (15 и 18) через гидродроссель (11) и клапан (26). Таким образом, возможна установка различных сечений канала для каждого из направлений циркуляции жидкости, что позволяет независимо изменять скорости внедрения и выброса штока (3).
Дополнительный обратный клапан (28) служит для аварийного сброса давления из поршневой камеры (14) в штоковую камеру (13) при резком появлении чрезмерных усилий на шток (3) амортизатора, а также защиты всего приспособления от утечки гидравлической жидкости через элементы герметизации (9) и механических разрушений.
Для уравновешивания давления в штоковой камере (13) и АК (5) используется уравновешивающий канал (29). При пропадании сигналов управления от внешнего блока управления канал (29) позволяет медленно и плавно выбросить шток (3) наружу на всю длину за счет энергии пружины (8) АК (5).
Для смягчения касаний поршня (4) о торец штоковой камеры (13) при прямом ходе поршня (4) в процессе выброса штока (3) из гидроцилиндра (10) применяется гидродемпфер (на чертеже не обозначен). Гидродемпфер состоит из выступающей части (30), закрепленной на плавающем поршне (6). При выбросе штока (3) выступающая часть (30) приближается к гнезду (31) и плавно перекрывает сечение отдельного канала (18), тем самым снижая скорость циркуляции рабочей жидкости и замедляя прямой ход поршня (4) в конце выброса штока (3) из гидроцилиндра (10), тем самым предотвращая удар поршня (4) о торец штоковой камеры (13) и элемент герметизации (9).
Для уменьшения взаимного влияния циркуляции жидкости по каналам (15 и 17) и для увеличения точности регулировки скорости возвратно-поступательных движений поршня (4) со штоком (3) гидравлического амортизатора служит обратный клапан (35).
Новизна данного изобретения заключается в обеспечении амортизатором функции демпфирования, тем самым миниатюризируя конструкцию МК. Для увеличения ресурса амортизатора гидравлического регулируемого предусмотрены второй дополнительный обратный клапан и уравновешивающий канал для стабилизации внутреннего давления амортизатора, что предотвращает возникновение разрушающих внутренних давлений и увеличивает интервалы сервисного обслуживания и общий ресурс амортизатора.