מכונות הגה ומכונות סיפון : הנושא

‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית מן השנים ‪1985-2009‬‬
‫הנושא‪ :‬מכונות הגה ומכונות סיפון‬
‫במערכת ההגה באנייה מותקנת מערכת לשחרור לחץ פתאומי הנגרם על ידי מכת גל חזקה‬
‫בלוח ההגה‪ .‬הסבר כיצד מערכת זו פועלת‪ ,‬ומה חשיבותה המרובה המצדיקה חיובה על ידי‬
‫תקנות בין לאומיות ובדיקתה התקופתית על ידי חברות הסיווג והרשויות הלאומיות‪] .‬קיץ ‪[2009‬‬
‫במזג אוויר סוער עלולה מכת גל להסיט את לוח ההגה‪ .‬כתוצאה מכך ינועו הבוכנות של מכונת ההגה‬
‫בתוך הצילינדרים שלהן‪" ,‬ידחסו" את השמן ויגרמו לעליית לחץ פתאומית‪ .‬אילו לא צוידה המערכת‬
‫באמצעי הגנה‪ ,‬היה לחץ היתר גורם להתפוצצות הצנרת‪ ,‬המערכת הייתה מתרוקנת משמן ויוצאת‬
‫מכלל פעולה‪ ,‬והאנייה הייתה נותרת ללא שליטה‪.‬‬
‫כדי למנוע לחץ יתר במערכת מצוידים כל שני צילינדרים משותפים בשני שסתומי ביטחון )אחד לכל‬
‫כיוון( או בשסתום ביטחון כפול )דו‪-‬כיווני(‪ .‬כאשר הלחץ באחד הצילינדרים עולה מעל לחץ העבודה‬
‫המקסימלי‪ ,‬נפתח שסתום הביטחון ופורק את עודף הלחץ אל הצילינדר הנגדי )הנמצא במצב‬
‫"יניקה"(‪ .‬תזוזת לוח ההגה גורמת גם לתנועת המוט הצף של מנגנון העיקוב )‪ ,(hunting gear‬והוא‬
‫פוקד על המשאבה להחזיר את לוח ההגה לזווית שהייתה קודם לתזוזה‪ .‬קפיץ שיכוך מגן על מוטות‬
‫מנגנון העיקוב מפני התזוזה הפתאומית של לוח ההגה‪.‬‬
‫לפניך תרשים מופשט ביותר לעיקרון בקרת תזוזת הגה ע"י מנגנון "המוט הצף"‪ .‬לא שורטטה‬
‫מערכת הצינורות ההידראולית ולשם נוחיות שורטטה בוכנה הידראולית אחת בלבד על אף‬
‫שתמיד קיימות שתיים לפחות‪) .‬א( סמן בשרטוט באותיות ‪ ABC‬את נקודות הציר הנעות‪) .‬ב(‬
‫הסבר את עיקרון הפעולה של המוט הצף וכיצד סיבוב גלגל ההגה במידה מסוימת יגרום לתזוזת‬
‫ההגה ועצירתו בזווית הרצויה? ]קיץ ‪[2008‬‬
‫המנגנון המוצג בשרטוט הוא מנגנון עיקוב )‪ (hunting gear‬של מערכת הגה הידראולית‪ .‬תפקידו‬
‫לעקוב אחר תנועת לוח ההגה‪ ,‬ולהחזיר את המשאבה הראשית‪ ,‬בעלת הספיקה המשתנה‪ ,‬למצב‬
‫אפס ספיקה ברגע שלוח ההגה הגיע לזווית הרצויה‪ .‬את פקודת הזווית הרצויה שולח גלגל ההגה‬
‫בגשר דרך הטלמוטור‪ .‬למעשה‪ ,‬פעולת התיקון של המנגנון היא הדרגתית ופרופורציונלית‪ .‬ככל שלוח‬
‫ההגה מתקרב יותר לזווית הרצויה‪ ,‬הולכת ופוחתת הספיקה של המשאבה הראשית‪ .‬כשהלוח מגיע‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 1‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫לזווית הרצויה לפי פקודת גלגל ההגה בגשר‪ ,‬מוחזרת המשאבה למצב אפס )ממשיכה להסתובב אך‬
‫לא סונקת שמן(‪.‬‬
‫השרטוט הסכמתי בעמוד הבא מדגים את פעולת מנגנון העיקוב‪ .‬פקודת גלגל ההגה בגשר מתורגמת‬
‫לתנועה של בוכנת הטלמוטור בחדר ההגה‪ .‬הקשר בין מוט השליטה בספיקת המשאבה הראשית‬
‫לבין מצב לוח ההגה נעשה באמצעות מוט צף )‪ .(floating lever‬כשהקצה השמאלי של מוט השליטה‬
‫בנקודה ‪ ,B‬המשאבה במצב אפס ספיקה‪.‬‬
‫נניח שהטלמוטור קיבל פקודה מגלגל ההגה והזיז את קצה המוט הצף מ‪ A-‬ל‪ .A1-‬כתוצאה מכך יזוז‬
‫מוט השליטה במשאבה מ‪ B-‬ל‪ ,B1-‬כשנקודה ‪ C‬משמשת כנקודת ציר קבועה‪ .‬המשאבה תספק שמן‬
‫לאסלים‪ ,‬שיסובבו את לוח ההגה בכיוון שנבחר‪ .‬תנועת לוח ההגה גורמת לקצה השני של המוט הצף‬
‫לזוז בהדרגה מ‪ C-‬נע ל‪ ,C1-‬כשהפעם נקודה ‪ A1‬היא נקודת הציר הקבועה; עקב כך זז מוט השליטה‬
‫אחורנית‪ ,‬מ‪ B1-‬ל‪ ,B-‬אל מצב אפס ספיקה‪ ,‬כפי שהיה בתחילת התהליך‪.‬‬
‫אם לוח ההגה יזוז בים גלי )לאחר פתיחת שסתום הבטחון(‪ ,‬מנגנון העקיבה ינוע‪" ,‬יפעיל" את‬
‫המשאבה הראשית ויגרום להחזרת לוח ההגה למצבו הקודם‪ .‬קפיץ השיכוך מונע גרימת נזק למוטות‬
‫מנגנון העקיבה בעת הטייה פתאומית של לוח ההגה‪.‬‬
‫מנוע חשמלי‬
‫ציר לוח ההגה‬
‫‪C‬‬
‫‪C1‬‬
‫‪B1‬‬
‫קפיץ שיכוך‬
‫‪B‬‬
‫משאבת שמן‬
‫ראשית‪ ,‬ספיקה‬
‫משתנה‬
‫מוט צף‬
‫‪A1‬‬
‫חיבור לטלמוטור‬
‫‪A‬‬
‫שרטוט סכמתי של מנגנון עיקוב‬
‫במערכת הגה אלקטרו‪-‬הידראולית‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 2‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫באיור לשאלה מתוארת כננת עוגן‪) .‬א( רשום את שמות החלקים המסומנים באיור בספרות ‪ 1‬עד‬
‫‪) .5‬ב( בהנחה שהכננת מופעלת באמצעות מנוע חשמלי תלת‪-‬פזי‪ ,‬כיצד משנים את כיוון הסיבוב‬
‫של הכננת? ]קיץ ‪[2003‬‬
‫א‪.‬‬
‫שמות החלקים‪:‬‬
‫‪ .1‬ציר הנעה על ידי המנוע החשמלי‪ .‬הציר מניע‪ ,‬דרך תמסורת גג"ש את תופי הכננת ואת‬
‫גלגלי שרשרת העוגן‪.‬‬
‫‪ .2‬מצמד לניתוק ולחיבור תוף מתיחת חבל התקשרות‪.‬‬
‫‪ .3‬מעצור של גלגל שרשרת העוגן‪.‬‬
‫‪ .4‬מצמד גלגל שרשרת העוגן‪.‬‬
‫‪ .5‬תוף מתיחת חבל התקשרות‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 3‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫)א( תאר בעזרת תרשים סכמתי את המבנה של כננת עוגן המונעת באמצעות מנוע חשמלי‪ .‬כלול‬
‫בתיאורך את החלקים העיקריים ורשום את שמותיהם‪) .‬ב( הסבר את אופן פעולת הכננת‪] .‬קיץ‬
‫‪[2002‬‬
‫תמסורת גג"ש‬
‫תמסורת חלזונית‬
‫גלגל שרשרת‬
‫תוף לחבלי‬
‫התקשרות‬
‫מצמד ידני‬
‫מעצור‬
‫מצמד החלקה‬
‫מנוע חשמלי‬
‫שרטוט סכמתי של כננת עוגן‬
‫הכננת משמשת להעלאה והורדה של שרשרת העוגן ולמתיחת חבלי התקשרות‪ .‬מנוע חשמלי דו‪-‬‬
‫כיווני מסובב את התוף וגלגל השרשרת דרך תמסורת גלגלי שיניים להקטנת מהירות הסיבוב‪.‬‬
‫התנועה מהמנוע החשמלי אל תמסורת הגג"ש מועברת דרך מצמד חיכוך מחליק‪ .‬תפקידו למנוע‬
‫העמסת יתר של המנוע החשמלי וכמו כן למנוע נזק לכננת כאשר השרשרת נמתחת יתר על המידה‬
‫בשלב הסופי של ההרמה‪ .‬ניתוק וחיבור גלגל השרשרת והתוף נעשה באמצעות מצמד ידני‪ ,‬המחליק‬
‫על הציר בכיוון אורכי ומסתובב יחד איתו‪ .‬מעצור חיכוך נועל את גלגל השרשרת והתוף ומונע את‬
‫הסתובבותם כשהמצמד הידני מנותק )מצב ניוטרל(‪.‬‬
‫כדי להוריד את שרשרת העוגן מעבירים את המצמד הידני למצב 'מנותק' ומשחררים בהדרגה את את‬
‫המעצור‪ .‬כדי להעלות את שרשרת העוגן מעבירים את המצמד הידני למצב 'משולב'‪ ,‬משחררים את‬
‫המעצור ומפעילים את המנוע החשמלי בכיוון המתאים‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 4‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫)א( רשום את שמות החלקים של המכונה‪ ,‬המסומנים באיור בספרות ‪ 1‬עד ‪) .11‬ב( מהו שמו של‬
‫החלק המסומן באיור בסימן שאלה? )ג( הסבר בעזרת תרשים סכמתי את עיקרון הפעולה של‬
‫החלק המסומן באיור בספרה ‪] .1‬קיץ ‪[2002‬‬
‫א‪.‬‬
‫שמות החלקים‪ (1) :‬טלמוטור הידראולי; )‪ (2‬מוט צף; )‪ (3‬מנוע חשמלי; )‪ (4‬משאבת שמן‬
‫ראשית; )‪ (5‬מוט שליטה במשאבה; )‪ (6‬אספקת שמן לאסלים; )‪ (7‬צילינדר הידראולי; )‪(8‬‬
‫בוכנה הידראולית; )‪ (9‬ראש‪-‬צלב; )‪ (10‬מוט ההגה; )‪ (11‬ציר לוח ההגה‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫החלק המסומן הוא פרט של מנגנון העקיבה )‪.(hunting gear‬‬
‫ג‪.‬‬
‫תפקידו מנגנון העיקוב לעקוב אחר תנועת לוח ההגה‪ ,‬ולהחזיר את המשאבה הראשית‪ ,‬בעלת‬
‫הספיקה המשתנה‪ ,‬למצב אפס ספיקה ברגע שלוח ההגה הגיע לזווית הרצויה‪ .‬את פקודת‬
‫הזווית הרצויה שולח גלגל ההגה בגשר דרך הטלמוטור‪ .‬למעשה‪ ,‬פעולת התיקון של המנגנון‬
‫היא הדרגתית ופרופורציונלית‪ .‬ככל שלוח ההגה מתקרב יותר לזווית הרצויה‪ ,‬הולכת ופוחתת‬
‫הספיקה של המשאבה הראשית‪ .‬כשהלוח מגיע לזווית הרצויה לפי פקודת גלגל ההגה בגשר‪,‬‬
‫מוחזרת המשאבה למצב אפס )ממשיכה להסתובב אך לא סונקת שמן(‪.‬‬
‫השרטוט הסכמתי בעמוד הבא מדגים את פעולת מנגנון העיקוב‪ .‬פקודת גלגל ההגה בגשר‬
‫מתורגמת לתנועה של בוכנת הטלמוטור בחדר ההגה‪ .‬הקשר בין מוט השליטה בספיקת‬
‫המשאבה הראשית לבין מצב לוח ההגה נעשה באמצעות מוט צף )‪ .(floating lever‬כשהקצה‬
‫השמאלי של מוט השליטה בנקודה ‪ ,B‬המשאבה במצב אפס ספיקה‪.‬‬
‫נניח שהטלמוטור קיבל פקודה מגלגל ההגה והזיז את קצה המוט הצף מ‪ A-‬ל‪ .A1-‬כתוצאה‬
‫מכך יזוז מוט השליטה במשאבה מ‪ B-‬ל‪ ,B1-‬כשנקודה ‪ C‬משמשת כנקודת ציר קבועה‪.‬‬
‫המשאבה תספק שמן לאסלים‪ ,‬שיסובבו את לוח ההגה בכיוון שנבחר‪ .‬תנועת לוח ההגה‬
‫גורמת לקצה השני של המוט הצף לזוז בהדרגה מ‪ C-‬נע ל‪ ,C1-‬כשהפעם נקודה ‪ A1‬היא‬
‫נקודת הציר הקבועה; עקב כך זז מוט השליטה אחורנית‪ ,‬מ‪ B1-‬ל‪ ,B-‬אל מצב אפס ספיקה‪,‬‬
‫כפי שהיה בתחילת התהליך‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 5‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫אם לוח ההגה יזוז בים גלי )לאחר פתיחת שסתום הבטחון(‪ ,‬מנגנון העקיבה ינוע‪" ,‬יפעיל" את‬
‫המשאבה הראשית ויגרום להחזרת לוח ההגה למצבו הקודם‪ .‬קפיץ השיכוך מונע גרימת נזק‬
‫למוטות מנגנון העקיבה בעת הטייה פתאומית של לוח ההגה‪.‬‬
‫מנוע חשמלי‬
‫ציר לוח ההגה‬
‫‪C‬‬
‫‪C1‬‬
‫‪B1‬‬
‫קפיץ שיכוך‬
‫‪B‬‬
‫משאבת שמן‬
‫ראשית‪ ,‬ספיקה‬
‫משתנה‬
‫מוט צף‬
‫‪A1‬‬
‫חיבור לטלמוטור‬
‫‪A‬‬
‫שרטוט סכמתי של מנגנון עיקוב‬
‫במערכת הגה אלקטרו‪-‬הידראולית‬
‫להלן שני מצבי חירום שבהם מערכת של הגה חשמלי‪-‬הידראולי‪ ,‬בעלת שתי בוכנות‪ ,‬יוצאת מכלל‬
‫פעולה‪) :‬א( הטלמוטור אינו פועל‪) .‬ב( אין לחץ שמן במערכת ההפעלה של ההגה‪ .‬הסבר‪ ,‬בעזרת‬
‫שרטוט‪ ,‬כיצד ניתן להחזיר לפעולה את המערכת‪ ,‬בכל אחד משני המצבים‪] .‬קיץ ‪[2001‬‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת תרשים‪ ,‬מערכת הגה הידראולית‪-‬חשמלית באנייה‪ .‬הסבר כיצד ינהגו את האנייה‬
‫על ידי מתקן היגוי חירום‪] .‬קיץ ‪[1992‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 6‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫הסבר בעזרת תרשימים את מבניהם‪ ,‬את פעולתם ואת מטרתם של הפריטים האלה‪) :‬א( מצמד‬
‫החלקה בכננת עוגן‪) .‬ב( שסתומי בטיחות במכונת הגה הידראולית‪] .‬קיץ ‪[1991‬‬
‫א‪.‬‬
‫מצמד החלקה )‪ (slip clutch‬של כננת עוגן מורכב בין המנוע החשמלי לבין תמסורת גלגלי‬
‫השיניים להנעת הכננת‪ .‬תפקידו למנוע העמסת יתר של המנוע החשמלי ולהגן עליו במקרה‬
‫שהעוגן הגיע במהירות לקצה דרכו בצינור המכנס בשלב ההרמה‪.‬‬
‫המצמד מורכב מנושא דסקאות‪ ,‬עליו מושחלות דסקאות עם שינון פנימי אשר נעות יחד איתו‪,‬‬
‫ומתוף המצמד‪ ,‬בתוכו מושחלות דסקאות עם שינון חיצוני ונעות יחד איתו‪ .‬הדיסקאות משני‬
‫הסוגים יכולות לנוע בכיוון צירי‪ ,‬והן מסודרות כך שבין כל שתיים עם שינון חיצוני נמצאת אחת‬
‫עם שינון פנימי‪ .‬קפיצים חזקים‪ ,‬מצמידים את הדסקאות החיצוניות והפנימיות אחת לשניה‪.‬‬
‫בפעולה רגילה עובר מומנט הסיבוב מהמנוע החשמלי דרך נושא הדסקאות אל הדסקאות‬
‫הפנימיות ומהן אל הדסקאות החיצוניות‪ ,‬התוף וציר מסירת הכוח‪ .‬כאשר העומס שמפעילה‬
‫שרשרת העוגן על התוף גדול ממומנט החיכוך שכוון מראש‪ ,‬מחליקות הדיסקאות ועל ידי כך‬
‫מגנות על המנוע החשמלי‪ .‬את הקפיצים מכוונים כך שבעומס של ‪ 50%‬מעל צריכת הזרם‬
‫החשמלי הרגילה תתחיל ההחלקה‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫תפקיד שסתומי הביטחון במערכת הגה הידראולית להגן על המערכת מפני לחץ יתר‪ .‬מצב זה‬
‫עשוי לקרות‪ ,‬כאשר לוח ההגה מוסט בגלל מכת גל או פוגע בגוף קשיח‪.‬‬
‫שרטט מתקן הגה חשמלי‪-‬הידראולי שאתה מכיר והסבר אותו‪ .‬תאר את תגובת המתקן לאחר‬
‫שהוסט ההגה בגלל מכת‪-‬גל‪] .‬קיץ ‪[1990‬‬
‫ראה תשובה לשאלה מקיץ ‪.1987‬‬
‫הסטת לוח ההגה בגלל מכת גל גורמת לתזוזת הבוכנות ההידראוליות וכתוצאה מכך ל"דחיסת"‬
‫השמן באחד משני הצילינדרים ההידראוליים ובעקבותיה ללחץ יתר במערכת השמן‪ .‬כדי להגן על‬
‫המערכת היא מצוידת בשני שסתומי ביטחון‪ ,‬או בשסתום ביטחון כפול‪ ,‬הפורקים את עודף הלחץ‬
‫מהצילינדר בעל הלחץ הגבוה אל הצילינדר בעל הלחץ הנמוך‪.‬‬
‫מוטות מערכת העיקוב )‪ (hunting gear‬מוגנים גם הם על ידי קפיץ חזק‪.‬‬
‫שרטט מתווה כללי של מכונת הגה והסבר בקיצור פעולתה‪] .‬קיץ ‪[1987‬‬
‫מכונת ההגה המתוארת בעלת שתי בוכנות הידראוליות ומשאבה ראשית אחת‪ .‬המשאבה מסתובבת‬
‫כל הזמן באותו כיוון סיבוב‪ ,‬אך היא בעלת ספיקה משתנה ודו‪-‬כיוונית )בוכנאית סובבת רדיאלית או‬
‫צירית(‪ .‬המשאבה נשלטת מגלגל ההגה בגשר באמצעות טלמוטור‪.‬‬
‫כאשר מוט השליטה של המשאבה באמצע‪ ,‬ספיקתה אפס‪ .‬כאשר מוט השליטה של המשאבה מוזז‬
‫על ידי הטלמוטור לצד שמאל‪ ,‬המשאבה מספקת שמן לצילינדר הימני ושואבת את השמן מן הצילינדר‬
‫השמאלי‪ .‬כתוצאה מכך מסתובב מוט ההגה שמאלה‪ .‬מנגנון עקיבה עוקב אחר תנועת לוח ההגה‪,‬‬
‫ומחזיר את מוט השליטה של המשאבה למצב אמצע כאשר לוח ההגה הגיע לזווית הרצויה‪ .‬פעולה‬
‫הפוכה תתבצע‪ ,‬כאשר מוט השליטה של המשאבה יוזז על ידי הטלמוטור לצד ימין‪.‬‬
‫המערכת מוגנת מפני לחץ יתר על ידי שני שסתומי ביטחון‪ ,‬הפורקים את עודף הלחץ מצד הלחץ‬
‫הגבוה של המערכת לצד הלחץ הנמוך‪ .‬שסתום עוקף ידני מאפשר הפעלת המערכת בצורה מכנית‬
‫בשעת חירום‪ ,‬אם משאבת השמן הראשית פסקה לפעול או אם המערכת התרוקנה משמן כתוצאה‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 7‬מתוך ‪8‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫מתקלה‪) .‬המנגנון אינו מופיע בשרטוט‪ (.‬שני שסתומי סגירה מאפשרים נעילת מערכת ההגה ולוח‬
‫ההגה במצב אמצע במקרה של תקלה במשאבת השמן הראשית‪.‬‬
‫שסתום‬
‫ניתוק‬
‫אסל‬
‫מנוע‬
‫חשמלי‬
‫חיבור לטלמוטור‬
‫צילינדר‬
‫ציר לוח ההגה‬
‫משאבה‬
‫מנגנון עקיבה‬
‫מכל פיצוי‬
‫שסתומי ביטחון‬
‫שסתום עוקף ידני‬
‫שרטוט סכמתי של מכונת הגה בעלת זוג בוכנות‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מכונות הגה ומכונות סיפון )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 8‬מתוך ‪8‬‬