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 №2083189, МПК: 6 А 61 F 2/64), содержащий коленный шарнир с демпферно-тормозным узлом, причем коленный шарнир выполнен в виде верхней опоры, штока, качалки, упора и кулисы с демпферно-тормозным узлом, состоящим из втулки с двумя внутренними обратными конусами, шариков, опорных шайб, пружины, толкателя, рычага, нижней и верхней крышек, элементов крепежа, при этом шарики размещены в зазоре между конусами втулки и штоком и поджаты к ним через опорные шайбы пружиной, усилие поджатия которой шариков к конусам, а также их продольные перемещения ограничены продольно перемещающимся внутри кулисы толкателем и связанным с ним рычагом.
Недостатком данного известного технического решения является несоответствие биомеханических характеристик ходьбы инвалидов характеристикам ходьбы в норме. Недостаток обусловлен конструктивными особенностями технического решения. Конструктивное выполнение коленного шарнира не обеспечивает укорочение функциональной длины протеза в фазе переноса. Конструктивное выполнение демпферно-тормозного узла не гарантирует при торможении модуля коленного в фазе опоры достаточную надежность подкосоустойчивости инвалида. Отсутствие в известном модуле коленном пневмомеханического узла не позволяет осуществлять регулировку динамики сгибания и разгибания модуля коленного. Наличие в известном модуле коленном только демпфера и отсутствие амортизационного ротатора возвратно-вращательного движения приводит к погашению не всех возникающих в фазе опоры на пятку механических колебаний.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является 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, соединяемых с помощью штырей, оси, соединяющей колено с голенью, штока, соединенного осью с коленом и своей цилиндрической частью входящего в тормозной узел, шарнирно закрепленного в голени втулок корпуса, разрезной крышки втулки с ушками, выполненной с возможностью стягивания ее винтом для обеспечения торможения штока, а, следовательно, и голени, закреплен на гильзе голени и бедра, а
тормозной узел выполнен в виде штока, соединенного осью с коленом и одним концом установленного в корпусе, в котором выполнены пружина и шарики, и который через рычаг и коромысло, установленное на оси, соединен с голенью.
Недостатком данного известного технического решения является несоответствие биомеханических характеристик ходьбы инвалидов характеристикам ходьбы в норме. Недостаток обусловлен конструктивными особенностями технического решения. Конструктивные особенности выполнения коленного шарнира таковы, что ось коленного шарнира смещена к передней части модуля коленного до совмещения ее с вертикальной осью модуля. Однако такое выполнение обеспечивает достаточное (более 2,5 см) укорочение функциональной длины протеза в фазе переноса. Конструктивное выполнение тормозного узла не гарантирует при торможении модуля коленного в фазе опоры достаточно высокую надежность подкосоустойчивости инвалида. Отсутствие в известном модуле коленном пневмомеханического узла не позволяет осуществлять регулировку динамики сгибания и разгибания модуля коленного. Отсутствие демпфера и амортизационного ротатора возвратно-вращательного движения не позволяет осуществлять погашение возникающих в фазе опоры на пятку механических колебаний.
Техническим результатом полезной модели является приближение биомеханических характеристик ходьбы инвалидов к характеристикам ходьбы в норме.
Технический результат достигается тем, что модуль коленный содержащий коленный шарнир, тормозной узел, содержит пневмомеханический узел, связанный с коленным шарниром, амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения, связанный с пневмомеханическим узлом, корпус, в котором размещены пневмомеханический узел и связанный с пневмомеханическим узлом тормозной узел, и который связан с амортизационным ротатором возвратно-вращательного движения резьбовым соединением, причем в коленном шарнире шарнирная ось расположена в передней части модуля коленного относительно его вертикальной оси, совпадающей с линией нагружения.
В модуле коленном коленный шарнир выполнен в виде скобы, нижней и верхней опор, оси качания, шарнирной оси, при этом шарнирная ось жестко соединена с верхней опорой, скоба установлена своим верхним концом на шарнирной оси, а нижним концом на оси качания, жестко соединенной с нижней опорой, которая выполнена в виде стяжного хомута с выступом направленным вниз, амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения выполнен в виде корпуса ротатора, вставки, отбойников, стяжного винта, при этом корпус ротатора выполнен в виде стяжного хомута с карманом в передней части, между внутренними стенками кармана выполнена вставка, распертая
отбойниками, с возможностью входа выступа нижней опоры во внутрь вставки, снизу корпус ротатора соединен резьбовым соединением с корпусом, содержащим пневмомеханический и тормозной узлы, пневмомеханический узел выполнен в виде втулки, связанной с ней в ее верхней внутренней части резьбовым соединением направляющей, размещенных внутри втулки и направляющей штока, дроссельной иглы, манжеты, поршня, распределителя, клапана, винта, колпачка, чопика, пружины, упора, двух уплотнительных колец, при этом пневмомеханический узел связан с коленным шарниром посредством жесткого крепления направляющей с нижней опорой, выполненной в виде стяжного хомута, при помощи стяжного винта и посредством жесткого крепления верхнего конца штока с осью, шарнирно соединенной с верхней опорой, а амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения связан с пневмомеханическим узлом посредством жесткого крепления через нижнюю опору, выполненную в виде стяжного хомута, имеющую выступ, входящий во внутрь вставки, распертой отбойниками между внутренними стенками кармана корпуса ротатора, к нижней части направляющей посредством стяжного винта, в пневмомеханическом узле нижний конец штока наружной частью жестко соединен с поршнем, выполненным в виде шкива, с надетой на него манжетой, расположенным внутри втулки и делящим ее внутренний объем на надпоршневую и подпоршневую полости, внутри в нижней части штока выполнен распределитель, в который со стороны низа вкручен винт, между винтом и распределителем расположен клапан, внутри в верхней части штока выполнен колпачок с чопиком, причем в поршне, распределителе и штоке выполнены каналы с возможностью обеспечения при движении поршня вниз перераспределения воздуха из подпоршневой полости через образующийся зазор между манжетой и поршнем в надпоршневую полость, а при перемещении поршня вверх - отпирания клапана воздухом и заполнения им подпоршневой полости, дроссельная игла снизу установлена в канале распределителя, а сверху на нее надет колпачок, в нижней части дроссельной иглы выполнены лыски с возможностью обеспечения регулировки динамики сгибания при повороте дроссельной иглы и обеспечения регулировки динамики разгибания при подъеме или опускании дроссельной иглы, уплотнительные кольца для обеспечения герметичности надпоршневой и подпоршневой полостей выполнены, соответственно, во внутренней верхней части направляющей и во внутренней нижней части втулки, внутри нижней части втулки расположена пружина, сверху прижимающая поршень к направляющей, а снизу прижимающая упор к обойме тормозного узла, тормозной узел выполнен в виде обоймы с шариками, стакана с демпфером, конуса, стопорной шайбы, упорной втулки, болта, прокладки, упорного винта, при этом обойма при помощи
стопорной шайбы и упорной втулки жестко соединена с внутренней нижней частью втулки пневмомеханического узла, внутри обоймы выполнен стакан, соединенный со штоком пневмомеханического узла при помощи винта, который со стороны низа вкручен в распределитель пневмомеханического узла, и болта, соединенного с винтом, конус жестко соединен с нижней частью корпуса, в нижней части обоймы выполнены гнезда, в которых размещены шарики, причем с расположением между наружной вертикальной поверхностью стакана и внутренней поверхностью конуса, внутри стакана расположен демпфер, выполненный в виде трех вертикально размещенных полиуретановых шаров, сверху через прокладку прижатых к болту, а снизу подпертых упорным винтом, снаружи внизу корпуса размещен стяжной хомут со стяжным винтом для сборки элементов.
В модуле коленном, в пневмомеханическом узле в верхней части направляющей, между ней и штоком, над уплотнительным кольцом герметизации надпоршневой полости выполнена втулка, и под ним между направляющей и штоком выполнены втулки.
В модуле коленном между поршнем и направляющей в пневмомеханическом узле выполнен кольцеобразный отбойник, между болтом и внутренней верхней горизонтальной поверхностью стакана в тормозном узле выполнен кольцеобразный отбойник, а также между корпусом ротатора и направляющей выполнен кольцеобразный отбойник.
В модуле коленном между корпусом и втулкой пневмомеханического узла выполнены втулки.
В модуле коленном уплотнительное кольцо для обеспечения герметичности надпоршневой полости выполнено между направляющей и штоком, а уплотнительное кольцо для обеспечения герметичности подпоршневой полости выполнено в нижней внутренней части обоймы тормозного узла, соединенной с внутренней нижней частью втулки пневмомеханического узла, над гнездами с шариками.
Сущность полезной модели поясняется нижеследующим описанием прилагаемой фигурой, поясняющей конструкцию модуля коленного, где 1  - скоба, 2 - втулки, 3 - ось качания, 4 - нижняя опора, 5 - корпус ротатора, 6 - отбойник, 7 - вставка, 8 - манжета, 9 - распределитель, 10 - клапан, 11 - отбойник, 12 - прокладка, 13 - упор, 14 - демпфер, 15 - шарик, 16 - конус, 17 - упорный винт, 18 - стяжной винт, 19 - верхняя опора, 20 - ось, 21 - шарнирная ось, 22 - чопик, 23 - колпачок, 24 - шток, 25 - дроссельная игла, 26 - втулки, 27 - уплотнительное кольцо, 28 - направляющая, 29 - стяжной винт, 30 - отбойник, 31 - стяжной винт, 32 - отбойник, 33 - поршень, 34 - пружина, 35 - корпус, 36 - болт, 37 - винт, 38 - втулка, 39 - втулки, 40 - стопорная шайба, 41 - упорная втулка, 42 - уплотнительное кольцо, 43 - обойма, 44 - стакан, 45 - стяжной хомут.
Предлагаемый модуль коленный приближает биомеханические характеристики ходьбы инвалидов к характеристикам ходьбы в норме. Конструктивное решение модуля коленного, в результате которого имеет место смещение оси коленного шарнира вперед относительно вертикальной оси, совпадающей с линией нагружения, обеспечивает в фазе переноса достаточное для приближения биомеханических характеристик ходьбы к нормальным уменьшение функциональной длины протеза. Конструктивное выполнение тормозного узла в предлагаемом модуле коленном гарантирует при торможении модуля коленного в фазе опоры повышенную надежность подкосоустойчивости инвалида, в фазе опоры происходит автоматическая фиксация коленного шарнира. Оснащение модуля коленного амортизационным ротатором возвратно-вращательного движения и демпфером предназначено для погашения механических колебаний в фазе опоры на пятку. Содержащийся в конструкции пневмомеханический узел предназначен для осуществления регулировки динамики сгибания и разгибания. Модуль коленный может быть использован при протезировании бедра различного уровня ампутации, а также и для пациентов после вычленения коленного сустава.
Модуль коленный содержит (см. Фиг.) скобу 1, втулки 2, ось качания 3, нижнюю опору 4, корпус ротатора 5, отбойник 6, вставку 7, манжету 8, распределитель 9, клапан 10, отбойник 11, прокладку 12, упор 13, демпфер 14, шарик 15, конус 16, упорный винт 17, стяжной винт 18, верхнюю опору 19, ось 20, шарнирную ось 21, чопик 22, колпачок 23, шток 24, дроссельную иглу 25, втулка 26, уплотнительное кольцо 27, направляющую 28, стяжной винт 29, отбойник 30, стяжной винт 31, отбойник 32, поршень 33, пружину 34, корпус 35, болт 36, винт 37, втулку 38, втулки 39, стопорную шайбу 40, упорную втулку 41, уплотнительное кольцо 42, обойму 43, стакан 44, стяжной хомут 45.
В коленном шарнире шарнирная ось 21 расположена впереди по отношению к вертикальной оси, совпадающей с линией нагружения, и жестко соединена с одной из опор коленного шарнира, в частности, с верхней опорой 19, а скоба 1, установленная своим верхним концом на шарнирной оси 21, а нижним концом на оси качания 3, жестко соединенной с нижней опорой 4, которая выполнена в виде стяжного хомута с выступом направленным вниз.
Амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения состоит из корпуса ротатора 5, вставки 7, отбойников 32, стяжного винта 31. Корпус ротатора 5 выполнен в виде стяжного хомута с карманом в передней части. Между внутренними стенками кармана выполнена вставка 7, распертая отбойниками 32, с возможностью входа выступа
нижней опоры 4 во внутрь вставки 7. Снизу корпус ротатора 5 соединен резьбовым соединением с корпусом 35, содержащим пневмомеханический и тормозной узлы.
Пневмомеханический узел содержит втулку 38, связанную с ней в ее верхней внутренней части резьбовым соединением направляющую 28, размещенные внутри втулки 38 и направляющей 28 шток 24, дроссельную иглу 25, манжету 8, поршень 33, распределитель 9, клапан 10, винт 37, колпачок 23, чопик 22, пружину 34, упор 13, отбойник 6, уплотнительные кольца 27 и 42.
Пневмомеханический узел связан с коленным шарниром посредством жесткого крепления направляющей 28 с нижней опорой 4, выполненной в виде стяжного хомута, при помощи стяжного винта 29, посредством жесткого крепления верхнего конца штока 24 с осью 20, шарнирно соединенной с верхней опорой 19.
Амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения связан с пневмомеханическим узлом через нижнюю опору 4, выполненную в виде стяжного хомута, имеющую выступ, входящий во внутрь вставки 7, распертой отбойниками 32 между внутренними стенками кармана корпуса ротатора 5, к нижней части направляющей 28 посредством стяжного винта 29.
Нижний конец штока 24 наружной частью жестко соединен с поршнем 33 с надетой на него манжетой 8, расположенным внутри втулки 38 и делящим ее внутренний объем на надпоршневую и подпоршневую полости. Поршень 33 выполнен в форме шкива. В средней его части установлена манжета 8.
Внутри в нижней части штока 24 выполнен распределитель 9, в который со стороны низа вкручен винт 37. Между винтом 37 и распределителем 9 расположен клапан 10. Внутри в верхней части штока выполнен колпачок 23 с чопиком 22 для регулировки динамики сгибания и разгибания.
В поршне 33, распределителе 9 и штоке 24 выполнены каналы с возможностью обеспечения при движении поршня 33 вниз перераспределения воздуха из подпоршневой полости через образующийся зазор между манжетой 8 и поршнем 33 в надпоршневую полость, а при перемещении поршня 33 вверх - отпирания клапана 10 воздухом и заполнения им подпоршневой полости.
Дроссельная игла 25 снизу установлена в канале распределителя 9, а сверху на нее надет колпачок 23. В нижней части дроссельной иглы 25 выполнены лыски с возможностью обеспечения регулировки динамики сгибания при повороте дроссельной иглы 25 и обеспечения регулировки динамики разгибания при подъеме или опускании дроссельной иглы 25.
Уплотнительные кольца 27 и 42 для герметизации надпоршневой и подпоршневой полостей выполнены, соответственно, в верхней части направляющей 28 и в нижней внутренней части втулки 38.
В верхней части направляющей 28, между ней и штоком 24, над уплотнительным кольцом 27 выполнена втулка 26, а втулки 2 выполнены под уплотнительным кольцом 27 между направляющей 28 и штоком 24.
Кольцеобразный отбойник 6 выполнен между поршнем 33 и направляющей 28. Уплотнительные кольца 27 и 42 для обеспечения герметичности надпоршневой и подпоршневой полостей выполнены, соответственно, в верхней части направляющей 28, между ней и штоком 24, и во внутренней нижней части втулки 38, а именно в нижней части обоймы 43 тормозного узла, над гнездами с шариками 15.
Внутри нижней части втулки 38 расположена пружина 34, сверху прижимающая поршень 33 к направляющей 28, а низу прижимающая упор 13 к обойме 43 тормозного узла.
Тормозной узел выполнен в виде обоймы 43 с шариками 15, стакана 44 с демпфером 14, конуса 16. Обойма 43 при помощи стопорной шайбы 40 и упорной втулки 41 жестко соединена с втулкой 38. Внутри обоймы 43 выполнен стакан 44, соединенный со штоком 24 при помощи винта 37 и болта 36, соединенного с винтом 37. Между болтом 36 и внутренней верхней горизонтальной поверхностью стакана 44 выполнен кольцеобразный отбойник 11. Конус 16 жестко соединен с нижней частью корпуса 35. В нижней части обоймы 43 выполнены гнезда, в которых размещены шарики 15, причем с расположением между наружной вертикальной поверхностью стакана 44 и внутренней поверхностью конуса 16. Внутри стакана 44 расположен демпфер 14, выполненный в виде трех вертикально размещенных полиуретановых шаров, сверху через прокладку 12 прижатых к болту 36, а снизу подпертых упорным винтом 17.
Между корпусом 35 и втулкой 38 выполнены втулки 39.
Снаружи внизу корпуса 35 размещен стяжной хомут 45 со стяжным винтом 18, предназначенными для сборки элементов.
В качестве основных материалов для изготовления конструктивных элементов модуля коленного использованы сталь, алюминий, полиамид.
Модуль коленный работает следующим образом.
При вертикальном нагружении на модуль коленный, в фазе опоры, шток 24 и направляющая 28 стремятся переместиться вниз относительно корпуса 35. При этом торможение модуля коленного происходит в результате того, что направляющая 28 перемещает вниз связанную с ней резьбовым соединением втулку 38, которая в свою
очередь вводит обойму 43 с шариками 15 в конус 16. В момент прижатия шариков 15 к внутренней поверхности конуса 16 и наружной вертикальной поверхности стакана 44 имеет место автоматическая фиксация коленного шарнира, сгибание в модуле коленном становится невозможным.
Величина зазора между шариками 15, внутренней поверхностью конуса 16 и наружной вертикальной поверхностью стакана 44 определяет усилие надавливания, при котором происходит срабатывание тормозного узла. Необходимая величина рабочего зазора между шариками 15 внутренней поверхностью конуса 16 и наружной вертикальной поверхностью стакана 44 регулируется поворотом корпуса ротатора 5 относительно корпуса 35.
Демпфер 14, выполненный в виде трех вертикально размещенных полиуретановых шаров, расположенный внутри стакана 44, гасит механические колебания в фазе опоры на пятку.
Амортизационный ротатор возвратно-вращательного движения также гасит механические колебания в фазе опоры на пятку. При возникновении скручивающего модуль коленный ротационного момента происходит угловой разворот нижней опоры 4 относительно корпуса ротатора 5. При этом выступ нижней опоры 4 через вставку 7 надавливает на упругий возвратный элемент - отбойники 32. Силы сжатия упругого возвратного элемента - отбойников 32 создают возвращающий момент, равный по величине, но противоположный по знаку ротационному моменту, который при снятии скручивающего модуль коленный ротационного момента, возвращает нижнюю опору 4 относительно корпуса ротатора 5 в первоначальное положение.
При снятии вертикальной нагрузки обойма 43 с шариками 15 выходит из конуса 16, в результате наступает расфиксация коленного шарнира, и становится возможным сгибание модуля коленного.
При сгибании модуля коленного шток 24 перемещает внутри втулки 38 поршень 33 вниз, который сжимает пружину 34, при этом за счет разности давлений воздух из подпоршневой полости через зазор, образовавшийся между манжетой 8 и поршнем 33, перераспределяется по внутренним каналам поршня 33, штока 24 и распределителя 9 в надпоршневую полость. Клапан 10 в этот момент закрыт.
При разгибании модуля коленного пружина 34 перемещает внутри втулки 38 поршень 33 вверх, при этом за счет разности давлений воздух из надпоршневой полости, проходя по внутренним каналам поршня 33, штока 24 и распределителя 9, открывает клапан 10 и перераспределяется в подпоршевую полость.
Динамику сгибания и разгибания модуля коленного регулирует дроссельная игла 25. Поворот дроссельной иглы 25 изменяет проходное сечение каналов распределителя 9 и тем самым - динамику сгибания. Подъем или опускание дроссельной иглы 25 осуществляет изменение динамики разгибания.