第10卷 绿色设计与安全设计 江苏省（单独招生）《机械基础》（高教版·第三版） 单元过关卷

江苏省（单独招生）机电类 《机械基础》（高教版·第三版） 绿色设计与安全设计 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 绿色设计不仅关注制造过程，还关注产品使用、维护和报废回收阶段的环境影响。（ ） 2. 产品回收率越高，就一定能够完全消除使用过程中的安全风险。（ ） 3. 安全设计应优先考虑消除危险源，其次再考虑防护、警示等措施。（ ） 4. 给危险传动部位安装防护罩后，允许操作者在设备运行时伸手清理异物。（ ） 5. 急停按钮可以作为设备的正常启动和停止按钮长期使用。（ ） 6. 模块化设计有利于产品维修、更换和再利用，符合绿色设计思想。（ ） 7. 警示标志是最高等级的安全措施，可以完全替代结构防护装置。（ ） 8. 人机工程设计应考虑操作者姿势、视线和操作力，以减少疲劳与误操作。（ ） 9. 安全系数取得越大越好，不需要考虑结构重量、成本和功能要求。（ ） 10. 面向回收的拆解设计应尽量减少不可拆的永久连接结构。（ ） 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 绿色设计的核心目标是（ ） A. 降低产品全生命周期资源消耗 B. 追求产品外观造型复杂化 C. 提高一次性材料使用比例 D. 扩大产品包装装饰用量 12. 产品全生命周期评价通常关注的范围是（ ） A. 从设计绘图到样机试制 B. 从生产加工到产品销售 C. 从原料取得到报废回收 D. 从设备安装到售后维修 13. 下列做法最符合可拆卸设计要求的是（ ） A. 大量采用永久焊接结构 B. 减少连接件种类规格 C. 混合使用多种异形螺钉 D. 隐藏所有维修连接位置 14. 安全设计的基本目标是（ ） A. 降低产品制造加工精度 B. 降低设备正常运行效率 C. 降低零件标准化程度 D. 降低人员伤害发生风险 15. 车床照明灯使用的电压为（ ） A. 36 V B. 220 V C. 380 V D. 12 V 16. 下列措施属于本质安全设计的是（ ） A. 采用低电压控制回路 B. 增加设备警示标志数量 C. 张贴岗位安全操作规程 D. 配发个人劳动防护用品 17. 设备旋转传动部位安装防护罩的主要作用是（ ） A. 防止零件表面氧化 B. 防止设备噪声扩散 C. 防止人体卷入夹伤 D. 防止产品外观变形 18. 急停装置在安全设计中的主要功能是（ ） A. 记录设备运行时间 B. 快速切断危险运动 C. 提高产品加工精度 D. 降低材料采购成本 19. 机电产品外壳材料选用时，最符合绿色设计要求的是（ ） A. 优先选用高毒性涂层材料 B. 优先选用难拆解复合材料 C. 优先选用高能耗稀缺材料 D. 优先选用可回收低毒材料 20. 某设备原功率为2.5 kW，每天运行8 h，每年运行250 d。绿色改进后节电20%，电力碳排放系数按0.57 kg/kW·h计，则年减排量约为（ ） A. 年减排约570 kg B. 年减排约456 kg C. 年减排约1000 kg D. 年减排约2500 kg 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 绿色设计应从产品的（ ）角度控制资源消耗和环境影响。 22. 绿色设计常用的“3R”原则是减量化、再利用和（ ）。 23. 设备外露齿轮、皮带轮等危险运动部位通常应设置（ ）。 24. 安全风险评价通常要考虑伤害严重程度和（ ）。 25. 机电设备急停按钮通常采用醒目的（ ）。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述绿色设计的主要内容。 27. 简述机电产品安全设计的主要措施。 28. 某输送设备链轮外露，清理物料时需靠近传动部位。简述该设备应采取的安全设计改进要点。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 某绿色改造项目将一台设备电机功率由1.5 kW降为0.9 kW。设备每天运行8 h，每年运行300 d，电价按0.75元/kW·h计算。求该设备每年节约的电能和电费。 30. 某零件毛坯质量为12 kg，加工后成品质量为9 kg。加工废料中有70%可回收利用。求该零件的材料利用率和未回收废弃质量。 31. 某设备危险点风险值按 计算，其中S为伤害严重程度，P为发生可能性，E为暴露频次。改进前S取4，P取3，E取2；采取防护罩和联锁后S仍取4，P取1，E取1。若可接受风险值不大于12，判断改进前后风险是否可接受。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 某机电实训基地对一批手动压装工装进行绿色与安全设计改进。原工装每套采用整体钢制底座，底座毛坯质量为 18 kg，机加工后成品质量为 14 kg，损坏后多为整体报废。改进方案将底座设计为标准框架和可更换压装垫块组合，每套框架毛坯质量为 13 kg，机加工后成品质量为 10.5 kg，可更换垫块毛坯质量为 2 kg，机加工后成品质量为 1.6 kg。每年需制作 40 套工装，钢材生产碳排放系数按 1.9 kg/kg 计。原工装压装时操作者需用手扶正工件，手部距离压头运动区域较近。（1）分别计算原方案和改进方案每年毛坯用钢总质量，并计算改进后每年节约的钢材质量及相应减少的碳排放量。（2）从绿色设计角度判断改进方案是否优于原方案，并说明理由。（3）针对操作者手部接近压头运动区域的风险，提出两项安全设计改进措施。 33. 某机械加工车间对一台自动钻孔设备进行绿色与安全设计改造。原设备采用液压夹紧装置，油泵电机功率为1.8 kW，设备每天运行7 h，每年运行260 d；改造后采用伺服电动夹紧装置，工作平均功率为0.75 kW。电力碳排放系数按0.57 kg/kW·h计。设备前端为人工上下料位置，钻头和夹紧机构存在挤压、卷入危险，安全设计要求光电保护装置的最小安装距离按 计算，其中手部接近速度 mm/s，系统总响应时间 s，附加距离 mm，现场拟安装距离为580 mm。（1）计算改造后该设备每年节约的电能和减少的碳排放量。（2）根据最小安装距离计算结果，判断现场拟安装距离是否符合安全要求，并说明理由。（3）从绿色设计与安全设计角度，各提出1项进一步改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 江苏省（单独招生）机电类 《机械基础》（高教版·第三版） 绿色设计与安全设计 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 1. 绿色设计不仅关注制造过程，还关注产品使用、维护和报废回收阶段的环境影响。（ ） 【答案】正确 【解析】绿色设计强调全生命周期控制，不能只看制造阶段。 2. 产品回收率越高，就一定能够完全消除使用过程中的安全风险。（ ） 【答案】错误 【解析】回收率属于绿色指标，不能直接替代安全风险控制。 3. 安全设计应优先考虑消除危险源，其次再考虑防护、警示等措施。（ ） 【答案】正确 【解析】安全措施通常按消除危险、隔离防护、警示提示的顺序考虑。 4. 给危险传动部位安装防护罩后，允许操作者在设备运行时伸手清理异物。（ ） 【答案】错误 【解析】防护罩不能代替停机操作，运行中伸手清理仍存在卷入风险。 5. 急停按钮可以作为设备的正常启动和停止按钮长期使用。（ ） 【答案】错误 【解析】急停用于异常紧急情况，正常启停应使用专用控制装置。 6. 模块化设计有利于产品维修、更换和再利用，符合绿色设计思想。（ ） 【答案】正确 【解析】模块化能减少整体报废，提高维修效率和零部件再利用率。 7. 警示标志是最高等级的安全措施，可以完全替代结构防护装置。（ ） 【答案】错误 【解析】警示只能提示风险，不能像结构防护那样直接隔离危险源。 8. 人机工程设计应考虑操作者姿势、视线和操作力，以减少疲劳与误操作。（ ） 【答案】正确 【解析】人机工程设计能改善操作适配性，降低疲劳和误操作概率。 9. 安全系数取得越大越好，不需要考虑结构重量、成本和功能要求。（ ） 【答案】错误 【解析】安全系数应合理选择，过大可能造成结构笨重和资源浪费。 10. 面向回收的拆解设计应尽量减少不可拆的永久连接结构。（ ） 【答案】正确 【解析】减少永久连接有利于报废阶段拆解、分类和材料回收。 二、单项选择题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 11. 绿色设计的核心目标是（ ） A. 降低产品全生命周期资源消耗 B. 追求产品外观造型复杂化 C. 提高一次性材料使用比例 D. 扩大产品包装装饰用量 【答案】A 【解析】绿色设计强调在全生命周期内降低资源消耗和环境影响。 12. 产品全生命周期评价通常关注的范围是（ ） A. 从设计绘图到样机试制 B. 从生产加工到产品销售 C. 从原料取得到报废回收 D. 从设备安装到售后维修 【答案】C 【解析】全生命周期应覆盖原料、制造、使用、维护、回收等阶段。 13. 下列做法最符合可拆卸设计要求的是（ ） A. 大量采用永久焊接结构 B. 减少连接件种类规格 C. 混合使用多种异形螺钉 D. 隐藏所有维修连接位置 【答案】B 【解析】减少连接件种类规格，有利于拆卸、维修和回收。 14. 安全设计的基本目标是（ ） A. 降低产品制造加工精度 B. 降低设备正常运行效率 C. 降低零件标准化程度 D. 降低人员伤害发生风险 【答案】D 【解析】安全设计的根本目标是预防事故，降低人员伤害风险。 15. 车床照明灯使用的电压为（ ） A. 36 V B. 220 V C. 380 V D. 12 V 【答案】A 16. 下列措施属于本质安全设计的是（ ） A. 采用低电压控制回路 B. 增加设备警示标志数量 C. 张贴岗位安全操作规程 D. 配发个人劳动防护用品 【答案】A 【解析】低电压控制能从源头降低触电危险，属于本质安全措施。 17. 设备旋转传动部位安装防护罩的主要作用是（ ） A. 防止零件表面氧化 B. 防止设备噪声扩散 C. 防止人体卷入夹伤 D. 防止产品外观变形 【答案】C 【解析】防护罩用于隔离危险运动部件，防止人员接触造成伤害。 18. 急停装置在安全设计中的主要功能是（ ） A. 记录设备运行时间 B. 快速切断危险运动 C. 提高产品加工精度 D. 降低材料采购成本 【答案】B 【解析】急停装置用于紧急情况下迅速停止危险运动，减少事故后果。 19. 机电产品外壳材料选用时，最符合绿色设计要求的是（ ） A. 优先选用高毒性涂层材料 B. 优先选用难拆解复合材料 C. 优先选用高能耗稀缺材料 D. 优先选用可回收低毒材料 【答案】D 【解析】可回收、低毒材料有利于降低环境影响和后期回收处理。 20. 某设备原功率为2.5 kW，每天运行8 h，每年运行250 d。绿色改进后节电20%，电力碳排放系数按0.57 kg/kW·h计，则年减排量约为（ ） A. 年减排约570 kg B. 年减排约456 kg C. 年减排约1000 kg D. 年减排约2500 kg 【答案】A 【解析】年耗电为5000 kW·h，节电1000 kW·h，减排约570 kg。 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 21. 绿色设计应从产品的（ ）角度控制资源消耗和环境影响。 【答案】全生命周期 【解析】绿色设计关注从原料取得到报废回收的全过程影响。 22. 绿色设计常用的“3R”原则是减量化、再利用和（ ）。 【答案】再循环 【解析】3R原则包括减量化、再利用和再循环。 23. 设备外露齿轮、皮带轮等危险运动部位通常应设置（ ）。 【答案】防护装置 【解析】防护装置能隔离危险运动部件，防止人员接触受伤。 24. 安全风险评价通常要考虑伤害严重程度和（ ）。 【答案】发生可能性 【解析】风险大小与伤害后果及事故发生概率密切相关。 25. 机电设备急停按钮通常采用醒目的（ ）。 【答案】红色 【解析】红色具有明显警示意义，常用于急停等紧急控制部件。 四、简答题（本大题共3小题，每题7分，共21分） 26. 简述绿色设计的主要内容。 【答案】（1）在产品设计阶段减少材料用量和能源消耗。 （2）优先选用可回收、低污染、易处理的材料。 （3）提高产品的可维修性、可拆卸性和再利用性。 （4）降低产品制造、使用和报废阶段的环境影响。 【解析】本题应围绕全生命周期展开，重点从材料选择、资源节约、结构设计和报废回收等方面作答。 27. 简述机电产品安全设计的主要措施。 【答案】（1）通过结构改进、低危险能源等方式消除或降低危险源。 （2）对危险运动部位设置防护罩、联锁装置等隔离措施。 （3）设置急停、限位、过载保护等安全控制装置。 （4）在必要位置设置安全标识，并配合安全操作规程。 【解析】安全设计应体现风险控制层次，优先从设计源头降低风险，再辅以防护、控制和警示措施。 28. 某输送设备链轮外露，清理物料时需靠近传动部位。简述该设备应采取的安全设计改进要点。 【答案】（1）在链轮和链条外侧设置牢固可靠的防护罩，防止人员卷入。 （2）防护罩应便于检修拆装，并避免运行时被随意打开。 （3）在清理位置设置停机联锁或检修开关，确保清理前危险运动停止。 （4）在设备明显位置设置警示标识，提示停机清理和禁止伸手操作。 【解析】该情境的主要危险是外露传动导致卷入伤害。答题时应从隔离危险、控制运行状态和警示提示三个层面提出措施。 五、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 29. 某绿色改造项目将一台设备电机功率由1.5 kW降为0.9 kW。设备每天运行8 h，每年运行300 d，电价按0.75元/kW·h计算。求该设备每年节约的电能和电费。 【答案】年节约电能为 kW·h。 年节约电费为 元。 【解析】先求改造前后功率差，再乘以年运行时间得到节电量，最后按电价计算节约费用。 30. 某零件毛坯质量为12 kg，加工后成品质量为9 kg。加工废料中有70%可回收利用。求该零件的材料利用率和未回收废弃质量。 【答案】（1）材料利用率为 。 （2）加工废料为 kg，未回收废弃质量为 kg。 【解析】（1）材料利用率按成品质量占毛坯质量的比例计算。 （2）先求废料总量，再按不可回收比例计算最终废弃量。 31. 某设备危险点风险值按 计算，其中S为伤害严重程度，P为发生可能性，E为暴露频次。改进前S取4，P取3，E取2；采取防护罩和联锁后S仍取4，P取1，E取1。若可接受风险值不大于12，判断改进前后风险是否可接受。 【答案】改进前风险值为 ，大于12，不可接受。 改进后风险值为 ，不大于12，可以接受。 【解析】风险值由严重程度、发生可能性和暴露频次相乘得到。防护与联锁主要降低接触危险的可能性和暴露频次。 六、综合应用题（本大题共2小题，每题7分，共14分） 32. 某机电实训基地对一批手动压装工装进行绿色与安全设计改进。原工装每套采用整体钢制底座，底座毛坯质量为 18 kg，机加工后成品质量为 14 kg，损坏后多为整体报废。改进方案将底座设计为标准框架和可更换压装垫块组合，每套框架毛坯质量为 13 kg，机加工后成品质量为 10.5 kg，可更换垫块毛坯质量为 2 kg，机加工后成品质量为 1.6 kg。每年需制作 40 套工装，钢材生产碳排放系数按 1.9 kg/kg 计。原工装压装时操作者需用手扶正工件，手部距离压头运动区域较近。（1）分别计算原方案和改进方案每年毛坯用钢总质量，并计算改进后每年节约的钢材质量及相应减少的碳排放量。（2）从绿色设计角度判断改进方案是否优于原方案，并说明理由。（3）针对操作者手部接近压头运动区域的风险，提出两项安全设计改进措施。 【答案】（1）原方案每年毛坯用钢总质量公式为 ，代入得 。改进方案每套毛坯用钢质量公式为 ，代入得 ；改进方案每年毛坯用钢总质量公式为 ，代入得 。每年节约钢材质量公式为 ，代入得 。减少碳排放量公式为 ，代入得 。因此，改进后每年节约钢材 120 kg，减少碳排放量 228 kg。（2）改进方案优于原方案。因为改进方案每年毛坯用钢量由 720 kg 降至 600 kg，减少了材料消耗和碳排放；同时采用标准框架和可更换垫块结构，垫块磨损后可单独更换，减少整体报废，符合减量化、可维修和可再利用的绿色设计要求。（3）可设置机械定位夹紧装置，使工件在压装前可靠定位并夹紧，避免操作者用手扶正工件；可在压头运动区域设置防护罩、双手启动按钮或联锁防护装置，使操作者手部离开危险区域后设备才能动作；还可设置急停按钮，便于异常情况下快速停止危险运动。 【解析】（1）本题应先分别求出两种方案的单套毛坯用钢质量，再乘以年制作套数求年用钢量，最后用节约钢材质量乘以钢材生产碳排放系数求减排量。原方案年用钢量为 ，改进方案年用钢量为 ，节约钢材为 ，减少碳排放为 。（2）绿色设计评价应从资源消耗、维修更换和报废回收等方面判断。改进方案既减少毛坯用钢量，又把易损部位设计为可更换垫块，能降低整体报废概率，因此更符合绿色设计要求。（3）压装设备的主要危险来自压头运动区域的挤压和夹伤风险，安全设计应优先使操作者手部远离危险源，再配合防护、联锁和急停等措施降低事故发生可能性。 33. 某机械加工车间对一台自动钻孔设备进行绿色与安全设计改造。原设备采用液压夹紧装置，油泵电机功率为1.8 kW，设备每天运行7 h，每年运行260 d；改造后采用伺服电动夹紧装置，工作平均功率为0.75 kW。电力碳排放系数按0.57 kg/kW·h计。设备前端为人工上下料位置，钻头和夹紧机构存在挤压、卷入危险，安全设计要求光电保护装置的最小安装距离按 计算，其中手部接近速度 mm/s，系统总响应时间 s，附加距离 mm，现场拟安装距离为580 mm。（1）计算改造后该设备每年节约的电能和减少的碳排放量。（2）根据最小安装距离计算结果，判断现场拟安装距离是否符合安全要求，并说明理由。（3）从绿色设计与安全设计角度，各提出1项进一步改进措施。 【答案】（1）年运行时间公式为 ，代入得 h。年节约电能公式为 ，代入得 kW·h。年减少碳排放量公式为 ，代入得 kg。（2）最小安装距离公式为 ，代入得 mm。现场拟安装距离为580 mm，小于632 mm，不符合安全要求；光电保护装置应安装在不小于632 mm的位置，或通过缩短系统响应时间等方式重新校核。（3）绿色设计改进措施：优先采用可回收材料制作防护罩，并使防护罩模块化，便于维修、更换和回收。安全设计改进措施：在钻头和夹紧机构外侧设置联锁防护门，并在人工上下料位置设置醒目的急停按钮，防止人员接触危险运动部位。 【解析】（1）先由每天运行时间和年运行天数求年运行时间，再用改造前后功率差乘以年运行时间求节电量，最后用节电量乘以电力碳排放系数求减排量。（2）安全距离应按手部接近速度、系统响应时间和附加距离计算，安装距离只有达到或超过计算得到的最小距离，才能保证危险运动停止前人员不会接触危险区域。（3）绿色设计应从节能、减材、可拆卸和可回收等方面降低全生命周期环境影响；安全设计应优先通过隔离、联锁、急停等措施降低卷入、挤压和碰伤风险。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $