История, методология и современные проблемы науки о механической обработке древесины методические указания по изучению курса для студентов, обучающихся по направлению 250400

Рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией факультета механической технологии древесины Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова

от 14 марта 2006 г.

Составители:

доктор технических наук, профессор А.Н. Чубинский кандидат технических наук, доцент Е.Н. Кандакова

Отв. редактор

доктор технических наук, профессор А.Н. Чубинский

Рецензент:

кафедра технологии деревообрабатывающих производств СПб ГЛТА

Темплан 2006 г. Изд. №

2

ВВЕДЕНИЕ

История наук о лесе и переработке биомассы дерева неразрывно связана с историей Санкт-Петербургской лесотехнической академии, историей города и его пригородов: Лисинской и Охтинской лесными дачами. В Лесном институте в Петербурге XIХ века проводились первые исследования в области древесиноведения и технологии обработки древесины.

Промышленное развитие России конца XIХ века требовало увеличения объемов переработки древесины, расширялись области её применения. В этой связи исследования, направленные на совершенствование технологии обработки и защиты древесины, проводились не только в Лесном институте, но и в Горном институте, институте инженеров путей сообщения, в них принимали участие ученые Петербургского, а затем Ленинградского государственного университета, Политехнического и технологического институтов. Большой объем исследовательских работ в области древесиноведения и механической технологии древесины был проведен в годы индустриализации страны и послевоенный период времени. Конец 20-ых – начало 30-ых годов прошлого века характеризуются созданием сети отраслевых научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений лесного профиля. В этот период времени формируются научные школы по исследованиям основных наукоемких технологий механической обработки древесины.

Рост объемов переработки и производства основных продуктов из древесины, повышение их эксплуатационных свойств в послевоенные годы стали возможны, в том числе и благодаря результатам прикладных на- учно-исследовательских работ, фундаментальных исследований, на базе которых велась подготовка инженерных кадров для деревообрабатывающей промышленности преимущественно в высших учебных заведениях лесотехнического профиля Советского Союза: Ленинградской лесотехнической академии им. С.М. Кирова, Московского, Архангельского, Воронежского, Свердловского, Львовского лесотехнических институтов, Сибирского (Красноярского), Белорусского (Минск) и Брянского технологических институтов.

Весомый вклад в развитие ассортиментной и технической политики деревообрабатывающих производств внесли отраслевые научноисследовательские институты: Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины, Центральный научноисследовательский институт фанеры, Всесоюзный проектный и конструк- торско-технологический институт мебели, Украинский научноисследовательский институт механической обработки древесины, Всесоюзный научно-исследовательский институт древесины и другие.

3

В последние десятилетия ХХ века отраслевая наука в силу ряда причин становится маловостребованной и центр тяжести научнообразовательного обеспечения промышленного производства вновь переносится на высшие учебные заведения.

4

1. Общие методические указания по изучению курса

Дисциплины «История и методология науки о заготовке и переработке древесины» и «Современные проблемы науки о заготовке и переработке древесины» изучаются студентами факультетов механической технологии древесины и лесоинженерного на 5-ом курсе по специализированным магистерским программам направления 250400 «Технология и оборудование лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств». Методические указания могут быть полезны студентам этого направления обучения при изучении дисциплин «Введение в специальность» и «Основы научных исследований».

Дисциплины по истории, методологии и современным проблемам науки нельзя изучать без знаний техники и технологии деревообрабатывающих производств. Только глубокое усвоение древесиноведения, специальных и технологических дисциплин позволит в полной мере осознать и усвоить направления научного поиска, методологию и методики научнообразовательного обеспечения материального производства в области механической обработки древесины.

Прежде чем приступить к изучению дисциплины, студенту необходимо ознакомиться с учебными программами, приведенными ниже. Учитывая отсутствие единого учебника по этим предметам, студентам целесообразно составлять краткие конспекты по каждой теме на основе лекций, анализа литературы и периодических изданий, приведенных в методических указаниях.

В ходе изучения дисциплины после каждой темы целесообразно устраивать самоконтроль, отвечая на вопросы, взятые из тематического содержания курса.

Изучение дисциплин заканчивается сдачей экзамена. Основными задачами изучения дисциплин являются:

-изучение основных этапов развития науки о древесине, её заготовки и переработке;

-изучение основных этапов развития методов и средств исследований в области строения и свойств древесины, её заготовки и переработки;

-усвоение основных направлений научного поиска в области заготовки и переработки древесины;

-усвоение современных методов, методик и средств исследований в области заготовки и переработки древесины.

5

В результате изучения дисциплин студент должен:

-знать основные этапы развития и результаты научных исследований в области древесиноведения, заготовки и переработки древесины;

-знать перспективные направления исследований в области развития ассортимента продукции, древесиноведения, сырьевой базы, технологии и оборудования для заготовки и переработки древесины;

-знать методологию, современные методы, методики и средства научного поиска в области заготовки и переработки древесины.

Для успешного изучения дисциплин студенту необходимы знания в области:

-истории лесной промышленности;

-древесиноведения;

-теории резания;

-теории сушки и защиты древесины;

-теории адгезии;

-физико-химических основ технологии обработки древесины;

-технологий и оборудования заготовки и переработки древесины. Методические указания рассчитаны преимущественно на студента

факультета МТД, поэтому в них не рассматриваются вопросы заготовки древесины.

2.Тематическое содержание дисциплин

2.1.История и методология науки о механической обработке древесины

Тема 1. Введение История лесного образования и науки России – история Санкт-

Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова.

Тема 2. Становление науки о древесине и её механической обработке Роль и место древесиноведения в становлении науки об обработке древесины. Теория резания, этапы развития, научные школы. Теория лесопиления, этапы развития, научные школы. Теории защиты древесины, этапы развития, научные школы. Теории прессования и гнутья древесины, этапы развития, научные школы. Теории адгезии, теоретические основы склеивания и отделки древесины. Вклад российских ученых в развитие

науки о механической переработке древесины.

6

Тема 3. Развитие науки, технологий и оборудования деревообрабатывающих производств

Основные этапы развития лесопиления (рамное, круглопильное, ленточное, фрезерно-брусующее, фрезерно-пильное).

Основные этапы развития технологии и оборудования древесных плит (фанеры, LVL, ДСтП, ДВПт, МДФ, ДВПм, OSB). Сравнительный анализ различных способов лущения, сушки, прессования, облагораживания.

Основные этапы развития технологий и оборудования изделий из древесины (деревянные дома заводского изготовления, столярностроительные изделия, мебель).

Развитие теоретических основ механической обработки древесины в последней четверти ХХ века. Совершенствование методов и средств контроля качества технологических операций и продукции.

Тема 4. Заключение Тенденции развития технологий и оборудования механической обра-

ботки древесины. Разработка и развитие основ комплексной переработки лесных ресурсов.

2.2. Современные проблемы науки о механической обработке древесины

Тема 1. Введение Основные принципы формирования ассортиментной и технической

стратегии деревообрабатывающих производств. Развитие отрасли на принципах востребованности продукции и анализа лесосырьевой базы.

Тема 2. Основные направления научного поиска в области механической обработки древесины

Принципы обоснования технологии обработки древесины на основе её строения и свойств. Научные исследования в области древесиноведения с учетом изменений в лесосырьевой базе, необходимости вовлечения маловостребованных пород древесины в промышленное производство. Фундаментальные теории для обоснования технологий обработки древесины: Законы Фурье, Дарси, Фика, Гука, Больцмана-Вольтерра, теории адгезии, связанного деформирования и фильтрации, фракталов и др.

Современные методы, методики и средства научного поиска в области древесиноведения и механической обработки древесины (электронная сканирующая микроскопия, термомеханический анализ (скорость деформирования), ИК-спектроскопия (скорость отверждения), электронный парамагнитный резонанс, ультразвуковой анализ, тепловидение, моделирование и обработка данных на ПЭВМ и др.).

7

Тема 3. Основные направления развития технологий и оборудования для механической обработки древесины

Опыт развития материалов и изделий из древесины в развитых странах мира.

Тенденции развития способов обработки древесины резанием (пилением, лущением, цилиндрическим фрезерованием, строганием, торцовым фрезерованием, лазерным лучом и др.); сушки древесины (классическими способами, центрофугированием, вакуумированием, токами СВЧ); гидро- и пьезотермической обработки, склеивания и защиты древесины.

Состояние и развитие факторов, способствующих повышению эффективности производства, техническому прогрессу.

Тема 4. Заключение Необходимость формирования качества древостоя в период роста

дерева, вовлечения в производство маловостребованных пород древесины, полного использования биомассы дерева. Перспективы развития деревообработки и направления научного поиска.

3.Библиографический список

3.1. Основная литература

1.Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия. Страницы истории. СПб.: Хромис, 2003.

2.Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М.:

МГУЛ, 2001.

3.Калитеевский Р.Е. Лесопиление в ХХI веке. Технология, оборудование, менеджмент. СПб.: ПРОФИ-ИНФОРМ, 2005.

4.Акишенков С.И. Защитная обработка древесины. Л.: ЛТА, 1986.

5.Мелуа А.И. Российская академия естественных наук. Энциклопедия. М. – СПб.: Гуманистика, 1998.

6.Кречетов И.В. Сушка древесины. М.: Лесная промышленность, 1980 – 432 с.

7.Ивановский Е.Г. Резание древесины. М.: Лесная промышленность, 1975.

8.Куликов В.А. Производство фанеры. М.: Лесная промышленность, 1976.

9.Кузавков В.М. История лесной промышленности России. СПб.: Ольга, 1997.

10.Патякин В.И., Тишин Ю.Г., Базаров С.Г. Техническая гидродинамика древесины. М.: Лесная промышленность, 1990.

8

11.Ясинский В.С., Щербаков А.С., Юрьев Ю.И. Основы проектирования деревообрабатывающих предприятий. М.: Экология, 1991.

12.Гончаров Н.А., Башинский В.Ю., Буглай Б.М. Технология изделий из древесины. М.: Лесная промышленность, 1990.

13.Песоцкий А.Н. Лесопильное производство. М.: Лесная промышлен-

ность, 1970.

14.Онегин В.И. Формирование лакокрасочных покрытий древесины. Л.:

ЛГУ, 1983.

15.Чубинский А.Н. Формирование клеевых соединений древесины. СПб.:

СПб ГУ, 1992.

16.Сергеевичев В.В. Формирование древесных материалов в прессах непрерывного действия. СПб.: СПб ГЛТА, 2001.

17.Евстигнеев Э.И. Химия древесины. СПб.: СПб ГЛТА, 2001.

3.2.Дополнительная литература

18.Тиме И.А. Сопротивление металла и дерева резанию. М., 1870.

19.Афанасьев П.А. Курс механической технологии дерева. М., 1886.

20.Дешевой М.А. Механическая технология дерева. Т.1, Л., 1934.

21.Воскресенский С.А. Резание древесины. М. – Л., 1955.

22.Бершадский А.Л. Резание древесины. М. – Л., 1956.

23.Грубе А.Э. Дереворежущие инструменты. М., 1971.

24.Грубе А.Э., Санев В.И. Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков, машин и автоматических линий. М., 1973.

25.Лыков А.В. Теория адгезии. М., 1968.

26.Кречетов И.В. Сушка древесины. М., 1980.

27.Чудинов Б.С. Теория тепловой обработки древесины. М., 1968.

28.Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование дре-

весины. М., 1975.

29.Соколов П.В., Харитонов Г.М. Лесосушильные камеры. М., 1980.

30.Горшин С.Н. Атмосферная сушка пиломатериалов. М., 1971.

31.Куликов В.А., Чубов А.Б. Технология клееных материалов и плит. М.: Лесная промышленность, 1984.

32.Пижурин А.А., Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке. М.: МГУЛ, 2005.

33.Москвитин М.И. Физико-химические основы процессов склеивания и прилипания. М.: Лесная промышленность, 1974.

34.Чубинский А.Н., Ермолаев Б.В., Волков А.В. Физико-химические основы технологических процессов деревообработки. СПб.: СПб ГЛТА, 1997.

9

35.Израелит А.Б. Оптимизация конструктивных форм гнутоклееных изделий из шпона. М.: Лесная промышленность, 1977.

36.Научные и научно-технические издания: Лесной журнал, Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, Вестник МГУЛ, Деревообрабатывающая промышленность, Леспроминновации и др.

4.Методические указания по изучению курса

4.1. Методические указания по изучению дисциплины «История и методология науки о механической обработке древесины»

Тема 1. Введение При изучении этого раздела студенту необходимо понять роль и ме-

сто Лесного института (Санкт-Петербургской лесотехнической академии) в становлении лесной науки и образования в области лесного дела в России и Европе, уяснить мотивы, побудившие развитие лесной научнообразовательной высшей школы, усвоить необходимость тесного взаимодействия науки и образования, исторически проследить открытие тех или иных факультетов, специальностей, направлений научных исследований, вызванных потребностью развития экономики страны /1/. Важным представляется понимание роли леса и древесины в жизни человека. Лес выполняет жизненно важные для человека функции: экологические (депонирование углерода) – легкие планеты; реакриационные; лес является одним из источников продуктов питания; лес обеспечивает человека древесиной – природным ресурсом издревле являвшимся строительным материалом для жилища и источником энергии.

Перерабатывая древесину, улучшая её свойства человек продолжает расширять сферу её использования, повышая её значимость в своей жизни.

Тема 2. Становление науки о древесине и её механической обработке Изучая этот раздел дисциплины, студент должен понимать, что все технологические решения в области переработки древесины необходимо принимать на основе знаний о свойствах, строении и составе древесины

различных пород.

История становления древесиноведения ведет свое начало с ХIХ века с исследований В.В. Петрова, А.Е. Теплоухова, А.В. Гадолина, Д.Н. Кайгородова, П.А. Афанасьева, и других ученых /2/. Большой объем работ по изучению свойств древесины был выполнен в довоенный период времени в первой половине ХХ века известными учеными, авторами фундаментальных работ и учебников по древесиноведению С.И. Ваниным, Л.М. Перелыгиным, Ф.П. Белянкиным, Н.Л. Леонтьевым, А.Т. Вакиным,

10