Đó là những ưu việt mà giải pháp sản xuất gạch không nung tự động, có quy mô công nghiệp của tác giả Hồ Xuân Vinh ở Quỳnh Lưu, Nghệ An mang lại. Đây cũng là công trình nghiên cứu vừa đạt Giải Nhất Giải thưởng Sáng tạo khoa học và công nghệ (KH&CN) Nghệ An năm 2017. 

Thay thế giải pháp truyền thống

Từ năm 2010 đến nay, thực hiện chủ trương của Chính phủ, UBND tỉnh Nghệ An đẩy mạnh việc xóa bỏ các lò gạch thủ công truyền thống, giảm khí thải độc hại ra môi trường, tiết kiệm đất sét nông nghiệp. Việc loại bỏ các lò gạch thủ công đã tạo ra một khoảng trống thị trường, đẩy giá thành sản xuất gạch tuynel tăng lên, khiến phần đông nhân dân Nghệ An phải chịu chi phí cao hơn để xây dựng được các công trình.

Theo tác giả Hồ Xuân Vinh, hiện các cơ sở sản xuất gạch ở Nghệ An thường sử dụng máy ép gạch thủ công gồm 1 máy ép và 1 máy trộn công suất nhỏ sử dụng điện 1 pha. Máy ép sử dụng mô tơ, truyền động bằng dây curoa để tạo dao động lệch tâm cho khuôn gạch và tạo hình viên gạch. Cơ chế kéo khuôn rút gạch lên bằng xích và hộp số giảm tốc. Máy có nhiều động tác thủ công như phải bấm nút từng công đoạn lên – rung – dừng, kéo phanh tay, gạt cần móc treo chày. Máy trộn dùng cho bộ máy là loại máy trộn bê tông di động, thường được người dân sử dụng tại chỗ phục vụ cho các công trình dân sinh. Việc cấp mạt đá, xi măng, nước vào máy trộn hoặc cấp cốt liệu vào máy ép đều phải sử dụng xẻng xúc. Giai đoạn này thực sự rất vất vả, mệt nhọc với người lao động và làm năng suất của bộ máy thấp, chất lượng gạch ra không đồng đều vì phụ thuộc vào yếu tố con người. Máy thủ công nhỏ, độ chính xác không cao, sử dụng mô tơ rung để tạo hình viên gạch. Chất lượng gạch mới đáp ứng được cho người dân xây các công trình phụ, tường rào, chưa xây các công trình nhà ở, các công trình sử dụng ngân sách nhà nước. 

Trong khi đó, một số dây chuyền nhập ngoại của nước ngoài như Trung Quốc, Nhật Bản có giá thành cao (thường từ 1 - 5 tỷ đồng/dây chuyền). Chi phí đầu tư lớn vì cần lượng nhân công nhiều, xưởng sản xuất rộng, chi phí sửa chữa bảo hành cao nên không phù hợp với khả năng đầu tư của đa phần người dân và các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Nghệ An.

Sinh ra trong gia đình có truyền thống làm cơ khí, bố của Hồ Xuân Vinh là thợ cơ khí giỏi và có nhiều sáng chế trong lĩnh vực này. Từ một xưởng cơ khí nhỏ thành lập đầu những năm 90 của thế kỷ trước, Công ty TNHH Hồ Hoàn Cầu được thành lập và có nhiều sản phẩm chế tạo máy thiết thực với nhà nông như: bếp tiết kiệm nhiên liệu, máy cắt thuốc lào, máy tách ngô, băm chuối, máy đúc gạch không nung. Hồ Xuân Vinh lớn lên với xưởng cơ khí của người cha cùng với tình yêu và niềm đam mê với nghề chế tạo máy. Hồ Xuân Vinh chia sẻ, những máy móc được chế tạo trước đây còn ở mức đơn giản, thủ công, bán tự động. Điều này chỉ phù hợp trong giai đoạn sản xuất nhỏ lẻ nhưng khi quy mô sản xuất ngày càng lớn thì không đáp ứng được. Mục tiêu của anh là phải chế tạo ra những sản phẩm tự động hóa, nâng cao năng suất, giảm nhân công vận hành và phải thân thiện với môi trường. 

Trên cơ sở sản phẩm máy sản xuất gạch không nung dập bằng tay đã được nhận Giải Ba Giải thưởng Sáng tạo KH&CN năm 2007, Hồ Xuân Vinh cùng các cộng sự đã nghiên cứu, ứng dụng và cập nhật những công nghệ mới nhất để thiết kế, chế tạo “dây chuyền sản xuất gạch không nung tự động” cho năng suất, chất lượng cao với giá cả phù hợp. 

Sản phẩm quy mô công nghiệp 

Ông Vinh cho biết, phần thiết kế dây chuyền tập trung có thiết kế hệ thống cơ khí (khuôn gạch, khung máy, giá lắp xylanh thủy lực) tối ưu, tiết kiệm chi phí sản xuất, kết cấu máy vững chắc, đảm bảo được độ bền trong quá trình hoạt động. Tác giả đã tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển (gồm tủ điện và 14 sensor quang điều khiển) linh hoạt, an toàn, tối giản nút bấm. Thiết kế hệ thống động lực, kết hợp các chế độ rung lắc qua biến tần hợp lý, đảm bảo chất lượng gạch tạo ra. 

Dựa trên thiết kế, tác giả đã nghiên cứu, chế tạo dây chuyền sản xuất gạch không nung khép kín từ khâu cho liệu vào đến khâu lấy gạch ra, sử dụng công nghệ rung và ép thủy lực tự động được điều khiển bằng hệ thống PLC - biến tần. 

Sản phẩm gạch không nung

Cũng theo ông Vinh, dây chuyền gồm các bộ phận: Bộ phận ép chính; Bộ phận cấp liệu tự động; Bộ phận cấp khay tự động; Bộ phận ra gạch tự động; Robot hạ gạch tự động; Băng tải; Máy trộn cốt liệu; Bộ tời mạt đá vào máy trộn. Dây chuyền hoạt động theo quy trình: Trộn liệu; Cho khay vào vị trí; Liệu vào bộ cấp liệu; Rung ép; Chuyển gạch ra; Kiểm tra cảnh báo. 

Nhờ có hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn, sử dụng các chương trình chạy mạch xử lý PLC điều khiển, các động cơ của dây chuyền hoạt động nhịp nhàng và liên tục. Công trình đã sáng tạo quy trình định hình viên gạch bằng cách kết hợp giữa lực ép - đẩy bằng các xylanh thủy lực và dao động rung lệch tâm tần số lớn điều khiển tăng/giảm tần số rung qua thiết bị biến tần công nghiệp, định hình, nâng cao các thông số cơ học của viên gạch như cường độ chịu nén, độ chống thấm hút, độ cách âm, cách nhiệt. Đặc biệt, việc sử dụng các loại bộ phận sẵn có, các động cơ phổ biến trên thị trường, thiết kế máy tối ưu kích thước, kết cấu, có thể sản xuất hàng loạt để tiết kiệm tối đa chi phí sản xuất, sửa chữa, bảo dưỡng, từ đó có giá cả cạnh tranh cho thị trường.

Dây chuyền sản xuất gạch không nung tự động là giải pháp có tính hệ thống, tự động, quy mô công nghiệp và có thể sản xuất hàng loạt để thương mại hóa. Sử dụng công nghệ rung ép kết hợp giữa công nghệ rung điều khiển bằng biến tần và lực ép lớn từ hệ thống xylanh thủy lực làm tăng mật độ cốt liệu trong mỗi viên gạch. Từ đó, tăng các thông số khả năng chịu nén, chống thấm, độ đồng đều và tính thẩm mỹ của viên gạch. Dây chuyền có ưu điểm vượt trội với chi phí sản xuất thấp (<1/2 của hàng nhập ngoại), tối ưu về phân công (3 người), năng suất cao (12.000 viên/ca); chất lượng gạch đáp ứng yêu cầu trong xây dựng công trình cơ bản và các công trình lớn, dễ dàng vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa. 

Hội đồng xét Giải thưởng Sáng tạo KH&CN Nghệ An năm 2017 đã đánh giá và xét chọn công trình đạt giải Nhất với đánh giá: Đây là dây chuyền sản xuất gạch tự động đầu tiên của Nghệ An chế tạo. Rất nhiều công nghệ mới được áp dụng như công nghệ ép thủy lực, công nghệ rung biến tần, công nghệ cấp liệu tự động, công nghệ cấp khay tự động, công nghệ robot gắp và hạ gạch. Có nhiều sáng tạo về thiết kế như: Thiết kế phần cơ khí, phần động lực, phần điều khiển tối ưu được thao tác vận hành, đảm bảo an toàn lao động, có cơ chế cảnh báo giám sát các hoạt động của máy, kết cấu máy vững chắc, tối ưu được chi phí sản xuất. Khuôn mẫu được chế tạo bằng công nghệ phay CNC, cho độ chính xác cao, gạch sản xuất ra sắc nét, chắc chắn và đảm bảo chất lượng Việt Nam. Phần điều khiển linh hoạt, có chế độ dùng tay và chế độ tự động, hiển thị thông số trên màn hình, các sensor quang cùng loại dễ thay thế. 

Công trình cũng có sáng tạo về chế tạo, các bộ phận liên kết với nhau bằng cách sử dụng các khớp nối, các mặt bích, liên kết bằng bulong nên dễ dàng thay thế, lắp đặt, sửa chữa. Khuôn có thể thay đổi được kích thước, làm nhiều loại khuôn trên một máy, giảm được chi phí cho khách hàng khi phải sản xuất nhiều loại gạch. Công nghệ sản xuất số lượng lớn, tối ưu quy trình lắp đặt, thử nghiệm. Về vận hành, màn hình hiển thị được bố trí hợp lý, dễ dàng quan sát. Các nút bấm cảm ứng trên màn hình dễ dàng điều khiển, quan sát. Các cảnh báo bằng âm thành, ánh sáng (đèn báo) dễ dàng giúp người vận hành bật/tắt máy. Các thông số của dây chuyền, của hệ động lực và hệ cơ khí, được cập nhật với tốc độ < 30ms, giúp người vận hành biết chính xác tình trạng của hệ thống. Vật tư sử dụng cho dây chuyền phổ biến, dễ kiếm, dễ dàng thay thế, sửa chữa. Các vật tư được chọn có chất lượng tốt, độ bền cao, đem lại khả năng hoạt động lâu dài, bền bỉ và ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Hiện dây chuyền máy ép gạch không nung tự động của tác giả đã thương mại hóa và nhân rộng ra 3 cơ sở sản xuất tại Nghệ An và Thanh Hóa. Sản phẩm gạch không nung sản xuất ra thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam cho yêu cầu của các công trình dân sinh lẫn các công trình có vốn ngân sách nhà nước, đem lại một lựa chọn cho người dân và các công trình nhà nước sử dụng gạch không nung, thay thế được gạch thủ công truyền thống. Sản phẩm có giá cả hợp lý, công suất ổn định, tạo ra hiệu quả kinh tế cao cho người sử dụng, đáp ứng nhu cầu đa dạng của nhiều vùng miền và có thể áp dụng cả nước.

Bài, ảnh: Hạnh Nguyên - Hải Yến