Сотрудничество
ИСКУССТВО
КРАСОТА И ЗДОРОВЬЕ
РЕМЕСЛО
КУЛЬТУРА И ИСТОРИЯ
РАЗВЛЕЧЕНИЯ
ЭКОЛОГИЯ
ЕДА И НАПИТКИ
ОБРАТНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
НАУКИ
СПОРТ
ТЕХНОЛОГИИ
НОСИМЫЕ УСТРОЙСТВА
Перистальтический насос: две точки закрыты одновременно, и ни один клапан не касается жидкости
Переведено
Emma

Создано

Emma

27. сентябрь 2026SE
132
0
0
0
0

Перистальтический насос: две точки закрыты одновременно, и ни один клапан не касается жидкости

Сожмите шланг двумя пальцами и проведите ими вдоль него: жидкость впереди выталкивается вперёд, а шланг за пальцами пружинит и снова наполняется. Именно так работает весь перистальтический насос. Ротор несёт ролики по изогнутому пути, каждый из которых пережимает гибкую трубку и катится по ней. Только внутренняя поверхность трубки соприкасается с жидкостью. Здесь нет клапанов, которые могут забиться, нет уплотнений, которые могут протечь, и нечего чистить, кроме трубки, которую можно выбросить. Поэтому этот насос используется для крови, клеточных культур, дозирования химикатов в водопровод, для бетона и для чернил принтеров. Руфус Портер и Дж. Д. Брэдли запатентовали его в 1855 году как насос для колодцев и записали единственное правило, которому должен подчиняться каждый перистальтический насос: трубка должна быть закрыта в **двух местах в один и тот же момент**. В 1881 году Юджин Аллен использовал тот же принцип для перекачки крови, именно потому что в нём нет клапанов, на которых кровь могла бы свернуться. Этот урок строит такой насос на шаговом двигателе.
Средний
Примерно 6 часов

Инструкции

1

Сначала выберите трубку — от неё зависит всё остальное

Трубка — это и есть насос. Её внутренний диаметр определяет расход за оборот, её стенка — насколько сильно ролики должны сжимать её, а материал — что она может перекачивать и как долго прослужит. Для этой сборки используйте трубку из **силикона**: после каждого сжатия она быстро возвращает круглую форму, и именно это наполняет полость за роликом. Прозрачная PVC трубка дешевле и жёстче — она восстанавливается медленнее, раньше получает постоянную плоскую деформацию и подходит только для медленной и нечастой работы. Измерьте внутренний диаметр и толщину стенки штангенциркулем на отрезанном конце, в нескольких точках по окружности. Трубка, сплющенная полностью, составляет ровно **две толщины стенки**; это начальный зазор между роликом и направляющей. Запишите оба значения — направляющая рассчитывается по ним на следующем шаге.

Материалы для этого шага:

Силиконовая трубкаСиликоновая трубка1 метр

Необходимые инструменты:

Цифровой штангенциркуль 6 дюймовЦифровой штангенциркуль 6 дюймов
2

Напечатайте дорожку, ротор и ролики

Напечатайте корпус с изогнутой дорожкой радиусом 25 мм до осевой линии трубки, охватывающей **не менее 180 градусов** — U-образной формы, при этом трубка входит по одной стороне и выходит по другой. Напечатайте трёхлучевой ротор, который садится на 5-миллиметровый вал шагового двигателя и фиксируется установочным винтом, и установите подшипник от скейтборда на машинном винте на конце каждого луча в качестве ролика. Катящиеся подшипники вместо неподвижных штифтов — разница между насосом и труборезом: штифт тянется по трубке и протирает её насквозь. Сделайте дорожку отдельной деталью, закреплённой двумя винтами в пазовых отверстиях, чтобы её можно было двигать к ротору. Эта регулировка и есть **окклюзия** — то, насколько сильно сжимается трубка, и это единственная настройка насоса. Зажмите трубку с обоих концов дорожки напечатанными зажимами, иначе она будет проворачиваться вместе с роликами, пока не натянется и не перестанет перекачивать.

Материалы для этого шага:

Филамент PETGФиламент PETG120 г
ШарикоподшипникШарикоподшипник3 штук
Машинные винтыМашинные винты10 штук
Шаговый двигательШаговый двигатель1 штука

Необходимые инструменты:

3D-принтер FDM3D-принтер FDM
Цифровой штангенциркуль 6 дюймовЦифровой штангенциркуль 6 дюймов
Набор шестигранных ключейНабор шестигранных ключей
Аккумуляторная дрельАккумуляторная дрель
Набор свёрлНабор свёрл
3

Расход за оборот и правило двух закрытых мест

Загрузка блокнота Jupyter…
4

The drive: a stepper, a speed knob and a reverse button

A stepper motor is the right drive for a dosing pump: it turns a known angle per step, so the volume pumped is simply steps counted. This sketch reads a potentiometer for speed and a button to reverse — reversing is how you clear an air lock or empty a line back into its bottle. Set the driver's current limit before connecting the motor; a stepper run at the wrong current either stalls under the tube's resistance or overheats.
peristaltic_drive.inoarduino
/*
  peristaltic_drive.ino -- run a stepper-driven peristaltic pump at a set speed.

  Hardware: a NEMA 17 stepper on an A4988 (or DRV8825) driver board, a 10 k
  potentiometer for speed, and a push button to reverse.
  Wiring:   driver STEP -> D3, DIR -> D4, EN -> D8 (LOW = enabled)
            pot wiper -> A0, pot ends -> 5V and GND
            button    -> D2 and GND (internal pull-up)
  The driver's own VMOT must come from the 12 V supply, with a 100 uF capacitor
  across it at the board, and its current limit set BEFORE the motor is connected.
*/

const int PIN_STEP = 3;
const int PIN_DIR  = 4;
const int PIN_EN   = 8;
const int PIN_BTN  = 2;
const int PIN_POT  = A0;

const long STEPS_PER_REV = 200L * 16L;   // 1.8 deg motor, 1/16 microstepping
const float RPM_MIN = 2.0;
const float RPM_MAX = 150.0;

unsigned long lastStep = 0;
unsigned long interval = 0;              // microseconds between steps
bool forward = true;
bool lastBtn = HIGH;

void setup() {
  pinMode(PIN_STEP, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DIR, OUTPUT);
  pinMode(PIN_EN, OUTPUT);
  pinMode(PIN_BTN, INPUT_PULLUP);
  digitalWrite(PIN_EN, LOW);
  digitalWrite(PIN_DIR, HIGH);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // speed from the pot, re-read every loop so turning it takes effect at once
  float rpm = RPM_MIN + (RPM_MAX - RPM_MIN) * analogRead(PIN_POT) / 1023.0;
  interval = (unsigned long)(60.0e6 / (rpm * STEPS_PER_REV));

  // reverse on a button press (edge, not level), to clear an air lock
  bool b = digitalRead(PIN_BTN);
  if (b == LOW && lastBtn == HIGH) {
    forward = !forward;
    digitalWrite(PIN_DIR, forward ? HIGH : LOW);
    Serial.println(forward ? F("forward") : F("reverse"));
    delay(30);                           // crude debounce
  }
  lastBtn = b;

  unsigned long now = micros();
  if (now - lastStep >= interval) {
    lastStep = now;
    digitalWrite(PIN_STEP, HIGH);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(PIN_STEP, LOW);
  }
}

/*
  CALIBRATE, don't trust the arithmetic:
   1. Run into a graduated cylinder for exactly 100 rotor turns (count them on
      the serial print, or time them at a known rpm).
   2. Volume / 100 is your mL per turn. Compare it with the notebook's figure.
   3. Repeat with the outlet lifted 1 m higher. If the figure drops, the
      rollers are not closing the tube fully -- raise the occlusion.
*/

Материалы для этого шага:

Arduino Uno R3Arduino Uno R31 штука
Драйвер шагового двигателяДрайвер шагового двигателя1 штука
ПотенциометрПотенциометр1 штука
Соединительные проводаСоединительные провода1 набор

Необходимые инструменты:

Компьютер с Arduino IDEКомпьютер с Arduino IDE
Источник питания постоянного токаИсточник питания постоянного тока
5

Установите окклюзию и откалибруйте по столбу воды

Начните с отведённой дорожки, чтобы ролики едва касались трубки. Поместите вход в стакан с водой и каплей красителя, выведите выход в градуированный цилиндр и медленно запустите насос. Передвигайте дорожку понемногу. Сначала насос почти ничего не подаёт: ролики проталкивают жидкость вперёд, но она проскальзывает назад мимо них. Когда зазор достигает примерно двойной толщины стенки, поток резко возрастает. Теперь поднимите выход на метр над входом и наблюдайте за красителем: если он ползёт назад между проходами роликов, немного сильнее сведите дорожку. Остановитесь, как только он удерживается. Не заходите дальше. Каждая лишняя доля миллиметра раздавливает трубку при каждом проходе, сокращает её срок службы и не даёт большего потока. Теперь калибровка: отсчитайте 100 оборотов в цилиндр, разделите и сравните с цифрой из журнала. Реальный насос подаёт меньше, так как трубка не полностью восстанавливает круглую форму между роликами. Именно это измеренное значение, а не расчётное, является основой работы дозирующего насоса.

Материалы для этого шага:

ВодаВода1 литр
Пищевой краситель (для визуализации течения)Пищевой краситель (для визуализации течения)1 капля

Необходимые инструменты:

Мерный цилиндрМерный цилиндр
СекундомерСекундомер
Набор шестигранных ключейНабор шестигранных ключей
РулеткаРулетка
6

Импульсы и износ трубки

Загрузка блокнота Jupyter…
7

Поток сместился: выясните причину

Поток перистальтического насоса зависит только от качества трубки и её окклюзии. Ниже перечислены неисправности, которые изменяют калиброванный объём в миллилитрах за оборот, в порядке их проверки.

Flow

Loading...
8

История и контекст

**US 12,753, «Elastic-Tube Pump» (Насос с эластичной трубкой), Руфус Портер из Вашингтона, округ Колумбия, и Дж. Д. Брэдли из Брэттлборо, Вермонт, от 17 апреля 1855 года.** Портер был основателем Scientific American. В патенте описан вулканизированный каучуковый шланг — к тому моменту коммерчески доступный лишь около десяти лет — закреплённый вокруг цилиндрической поверхности и прокатываемый роликом. В нём также назван условный признак, благодаря которому насос работает: шланг должен быть *«закрыт в один и тот же момент»* в двух местах. Один из предложенных ими способов заключался в том, чтобы сделать в шланге полный виток. **US 249,285, «Instrument for Transfusion of Blood» (Инструмент для переливания крови), Юджин Э. Аллен из Гранд-Рапидс, Мичиган, подан 23 июня 1881 года, выдан 8 ноября 1881 года.** Резиновый шланг внутренним диаметром около одной восьмой дюйма лежит на резиновой подушке в небольшой латунной коробке; три или более стеклянных роликов, установленных на бесконечной ленте, так что один из них всегда прижимает шланг к закрытому состоянию. Спецификация Аллена объясняет причину: движущееся давление *«исключает все всасывающие клапаны, которые из-за липкой и фибриновой природы крови неизбежно забивались бы и образовывали сгустки»*. Роликовый насос впоследствии стал перекачивать кровь в аппаратах искусственного кровообращения и диализа по той же причине, что указал Аллен. **Честные ограничения.** Он создаёт пульсирующий поток. Его производительность зависит от трубки, которая изнашивается, поэтому показатели дрейфуют и требуют повторной калибровки. Давление ограничено тем, что трубка способна выдерживать без утечки — несколько бар для обычной лабораторной трубки. А изношенная трубка выходит из строя не постепенно: она лопается, и то, что она перекачивала, оказывается в головке насоса.
Шаг 8 - Image 1

Материалы

11

Требуемые инструменты

10

CC0 Общественное достояние

Этот чертёж выпущен под лицензией CC0. Вы можете свободно копировать, изменять, распространять и использовать эту работу в любых целях без запроса разрешения.

Поддержите мейкера, покупая товары через его чертёж, где он получает Комиссию мейкера установленную продавцами, или создайте новую итерацию этого чертежа и включите его как связь в свой чертёж для распределения дохода.

Обсуждение

(0)

Войти чтобы присоединиться к обсуждению

Загрузка комментариев...