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黄金:“牵引”中国高铁跑出加速度

2021-08-06华南

中华儿女 2021年10期
关键词:牵引复兴号动车组

华南

第25届中国青年五四奖章获得者、中国铁道科学研究院集团有限公司(简称“铁科院”)机车车辆研究所牵引制动研究室主任黄金的时间,像黄金一样宝贵。

4月27日从外地出差回来,加班加点、见缝插针忙完各种案头工作,5月3日,他又出发了。这次,他将与团队一起,为中国铁路史上又一个“第一”保驾护航。

从参与中国标准动车组“复兴号”研发至今,这样的“第一”,黄金亲历多次。近九年时间,他全过程参与具有完全知识产权、达到世界先进水平的“复兴号”系列动车组技术条件制定、方案设计及试验组织;作为项目负责人,为两列“复兴号”安全平稳实现世界首次时速420公里、相对时速840公里交会试验作出重要贡献;身为“智能高铁”技术践行者,助力京张智能动车组在世界上首次实现时速350公里自动驾驶功能……几乎每一条关于高铁列车“中国速度”的新闻背后,都有他的贡献。

现在,按照国铁集团“CR450科技创新工程”部署,黄金和团队已经陆续开展时速400公里高铁顶层设计,研发更高速度、更加安全、更加环保、更加节能、更加智能的“复兴号”动车组新产品。

这些外人想象中跌宕起伏的历程,在黄金脑海中并没有留下太多感性记忆,在计算机前埋头进行仿真模拟的夜晚、在试验列车上不分昼夜测试数据的紧张、一次次重要试验的统筹调配、一个个困难迎刃而解、一项项创新成果志在必得,占据他全部时间和注意力。机车车辆所高级工程师余俊记得,寡言得有些沉闷的黄金,曾在一次通宵测试后,难得感情流露:“这份事业是我的真理想、真热爱。”

积淀

黄金的职业成长轨迹,与中国高速铁路发展并行。

2007年4月18日零时,中国铁路实施第六次大提速。京哈、京沪、京广、陇海、浙赣、胶济、武九、广深等铁路运营时速大面积提速至200公里,总里程6003公里。根据国际铁路联盟定义,既有线铁路改造提速至时速200公里以上,或新建线路设计时速250公里以上就是高速铁路。中国一夜之间拥有6003公里高速铁路,成为世界高速铁路第一大国。中国高铁元年正式到来。

那时,西南交通大学电气工程专业本科生黄金,正沉浸在专业学习的快乐和满足中,并不知道自己未来将与中国高速铁路发展连接如此紧密。2010年,黄金从西南交通大学硕士研究生毕业后,进入铁科院,成为机车车辆研究所牵引制动研究室一名新兵。

成立于1950年的铁科院,伴随共和国成长。自上世纪70年代起,机车车辆研究所一代代科研人员研究效率更高、功率更大的交流传动牵引技术,提升列车牵引和制动性能。进入高速铁路时代,这里被誉为“复兴号”摇篮。

進入研究室,黄金第一项任务是参与“交通系统节能与优化控制技术基础”973项目中“高速动车组牵引控制优化技术研究”。当时,“和谐号”动车组已经运营一段时间,我国铁路运力有了大幅提升,但“和谐号”列车四大生产厂家标准不统一,车辆投入运营后,需要准备不同标准零部件,供车辆日常养护、检修,既麻烦,又浪费。而且“国外公司从来不可能对核心技术进行转让”,因此,“和谐号”列车有时会被软件故障“卡脖子”。

“复兴号”时代,我国下决心从源头进行自主研发。黄金参与的项目,就是对“复兴号”牵引系统进行顶层设计。他和几名同事分工,在8T(1T=1024G)的庞大数据库里梳理海量信息,对比各种数据,进行综合整理,为“复兴号”牵引系统设计提供决策依据。“趴在电脑前经常一干到半夜,很有挑战性,但找到有价值的数据很有乐趣,也很有成就感,就像拆盲盒,也像探秘,时有惊喜”。数不清的“盲盒”拆开,黄金对既有高速列车牵引动力优缺点了然于心。2013年,他与陆阳等前辈、同事发表论文《高速动车组牵引控制优化技术研究》,为“复兴号”牵引系统顶层设计“画了蓝图”。

与此同时,刚工作三年的黄金,作为青年技术骨干参与到“复兴号”牵引试验中。这是中国成为世界高速铁路第一大国第六年,经过“引进吸收消化再创新”,中国铁路总公司(国铁集团前身)牵头集合铁路行业优质力量,开始研制具有完全自主知识产权的标准化、系列化、简统化的“复兴号”中国标准动车组。动力牵引控制系统是高速动车组的核心,是其动力来源和运营安全的根本保障,被誉为“高速列车的心脏”。如何让“复兴号”拥有“中国心”,是铁科院机辆所牵引制动研究室研究人员亟待解决的问题。

黄金的师父陆阳是铁科院首席研究员、机车车辆研究所牵引制动研究室主任,也是技术组组长。一些办公会、技术讨论,他总叫上黄金。起初参加,黄金有点懵,“专家、前辈们济济一堂,三言两语讨论完一个观点,好像一说他们就彼此明白,可我跟不上节奏”。“跟不上节奏”的黄金,把这些观点记下来、记完整,回去查资料自学。

此后,黄金一边工作,一边“补课”,逐步建立起自己的知识体系。“那段时间压力相当大,但着急也没用”。半年后,他不但能够跟上专家们的节奏,也能就一些关键指标问题,独立组织技术讨论。

黄金个头不高,皮肤黝黑,不善言语,眼神中总是透着一种执着,当时才二十多岁的他,举手投足已颇为老成持重。即便如此,最初组织技术论证会时,仍免不了有专家嫌这个坐在主持人位置的小伙子太年轻,言语中流露出担心和不信任。黄金并不在意,“刚开始嘛,难免的”,几次会议后,这种声音消失了。

陆阳对黄金很严格,在某次考察最恶劣工况试验中,黄金自认为有把握,擅自将试验速度由65公里提高到80公里,虽然取得了成功,却遭到陆阳的严厉批评。“陆老师说,没有足够充分的认证,任何激进行为都不可取”,黄金由此明白了科研要谨言慎行,需“大胆假设,小心求证”。

对“复兴号”牵引系统顶层设计最后阶段,如何将各方生产的列车统一标准,是必须解决的难题。黄金记得,他们用大量数据进行论证,才艰难说服各执己见的各生产方统一意见。2014年,时速350公里的中国标准动车组牵引和辅助变流器自主研制成功,2015年完成装车考核,成为“复兴号”动车组“心脏”。与“和谐号”动车组相比,“复兴号”标准动车组牵引变流器的功率从8000多千瓦提升到10000多千瓦。

黄金参与高速铁路自主知识产权“从0到1的过程”,并在这个过程中不断锤炼,加速成长,成为一名年轻的“老同志”。北方交通大学硕士毕业的宋永丰,2013年入职机辆所,他和黄金年龄相差三岁左右,专业相同,闲暇时很能聊到一起。不过,在工作时,宋永丰觉得黄金实实在在是一位“老大哥”,“我跟着黄金干了入职后第一个项目,他给我讲所里各项要求和项目要点。黄金善于抓大放小,讲完大方向就放手让你干,不会琐琐碎碎”。宋永丰很喜欢这种风格,也由此感觉到“黄金看问题格局很大,脑子里有东西”。

冲高

中国开创世界高速铁路新纪录的时刻,在2016年7月到来。

自6月25日至7月15日,我国自行设计研制、拥有完全自主知识产权的两列中国标准动车组“金凤凰”和“蓝海豚”,在郑徐客专(郑州至徐州铁路客运专线)开始进行高速综合试验。按照计划,7月15日,综合试验将开展420km/h速度级的交会试验。

420km/h的交会试验,在世界上尚属首次。动车组创造新的速度,仅靠盲目增加动力远远不够,需要测试团队以严谨的仿真试验、科学的数据测算作保障。为交会试验保驾护航的,就是铁科院中国标准动车组冲高团队(简称“冲高团队”)。

黄金是这次综合试验项目经理,也就是试验现场“当家人”。正值而立之年的他,开始担任大项目负责人。

面对这场“世界首次”试验,团队需要挑战的技术困难也是“世界首次”:由于420km/h的速度已经远超列车控制系统顶棚速度,试验中只能通过目视确认前方的线路条件;高速运行、交会时产生的强大离心力、交会压力波,可能导致列车脱轨;已经相当于飞机在高空的巡航时速,交会瞬间产生的压力波相当于1平方米瞬时受重近200公斤,人体受力的大小相当于一颗20克的子弹击中一个距离3米的人,如此高的压强下如何保证列车平稳运行、如何保障车上试验人员安全,对冲高团队来说是个巨大考验。

超高速运行的列车动能巨大,一旦意外触发紧急制动,会产生不可预计的后果。但黄金说,现在科技保障、试验场站及沿线都设有预警系统,团队只要考虑怎样把试验做好就行,“这些年我没有在试验过程中遇到危及生命的安全隐患”。

4月初,黄金就带队到郑州驻场,为“冲高试验”做准备。他带领团队成员在试验开始前开展了上百种方案的仿真计算。团队成员通过对整个试验过程中速度、脱轨系数、轮重减载率、交会压力波等参数做精确的仿真,对试验安全性做了评估。这不仅让车上试验人员卸下包袱,也让司机心中有数。

2016年6月25日,冲高试验在郑徐客专拉开序幕。受各方面因素限制,“冲高团队”需要在20天内完成平时接近两个月的工作量,团队成员立刻进入战斗状态。通过比选确定最终试验方案,“冲高团队”在试验中安装和运用了500多个传感器。由四十名骨干组成的“冲高团队”被分成三队:一队负责晚上测试设备的安全确认,另外两队负责两列标准动车组的试验测试工作。“设备的晚上确认与试验测试组之间必须做到信息及时传递,试验测试工作中的设备问题要求在当天晚上解决。每天试验完,晚上都要开技术会,晚上设备的安全确认结果无论多晚要通知到试验测试组,确保试验安全顺利开展”。

全程参与冲高试验的余俊还记得,“那段时间每人平均每天工作12小时以上,整个团队没日没夜地干。黄金是负责人,他最忙”。

时任铁科院团委宣传干事杨锐,在试验场第一次看到黄金。40℃高温的中原大地,黃金在骄阳下逆着光迎面走来,杨锐甚至看不太清黄金的五官,但黝黑发亮的脸庞上,炯炯的目光让杨锐记忆至今。

7月15日,冲高试验开始。在“冲高团队”仿真数据指导下,司机信心十足地驾驶切除了制动的列车,以420km/h的速度飞驰。余俊当时站在司机室担任行车指挥,黄金则在车厢中监测试验数据和列车状况。

郑州到徐州高铁K426处,中国标准动车组在举世瞩目下,“金凤凰”和“蓝海豚”两列高铁列车以超过420公里的时速交会,相对时速瞬间达到840公里。短短一秒钟,乘客“飞”过117米,列车平稳,交会试验圆满完成,“冲高”成功。

成功交会的瞬间,检测车里一片欢呼雀跃。中外媒体赞誉冲高试验“唱响了中国高速铁路试验的最强音”,探索了400km/h及以上高速铁路系统关键技术性能和参数的变化规律,创造了新的世界纪录,为世界高铁“教科书”写下崭新一章。

杨锐当时正好坐在黄金旁边,看着他平时“泰山崩于前而色不变”的黝黑脸庞,瞬间激动地涨得通红,身体不由自主半跃起来,终于还是强忍住又坐下。他回过头冲杨锐憨憨一笑:“这是我第一次全面掌控这么重要的试验,在此之前我只能做外围基础工作,试验结束时看看数据解馋,这一次数据是我和大家一点一点跑出来的,真像我们的孩子啊!”

这么值得纪念,又如此激动,为什么蹦起来一半还把自己“按回座位”?黄金说:“后面还有收尾工作和数据收集,我是负责人,要稳住。”

喜怒不形于色,是同事对黄金的一致评价,他们说他在工作中就是“冷面杀手”。宋永丰和余俊都认识黄金将近十年,两人想了半天,没见过黄金特别激动或者特别愤怒的样子。

“嗨!他就是这么个低调的人!”余俊总结了一句。

引领

习近平总书记指出,“复兴号奔驰在祖国广袤的大地上”,“复兴号高速列车迈出了从追赶到领跑的关键一步”,“我国自主创新的一个成功范例就是高铁”。

入职十余年,黄金几乎参与中国高速铁路牵引动力系统发展所有关键节点项目。近9年时间,“复兴号”系列动车组速度等级覆盖时速160公里至350公里,牵引动力包括分散动力式和集中动力式,编组包括8至18辆多种编组型式。黄金牵头承担十余种“复兴号”动车组试验检测及科研任务,每个型号样车完成60万公里运用考核,相当于围绕地球跑完15圈,积累大量试验数据,为进一步优化“复兴号”性能提供依据。

“谐波”一词起源于电磁学,在生产生活中,谐波危害严重却又诡异,难以被“抓住”,被称为“幽灵故障”。

近年来,随着大量交-直-交电力机车和动车组同时投入运行,牵引负载存在有功和无功功率的随机大幅度波动,会引发牵引网供电系统出现电压波动,出现谐波,严重时将导致牵引负载牵引封锁,影响列车安全运行。黄金主持《动车组谐波抑制与车网匹配研究》课题,破解谐波“幽灵”,防止危害发生。

一次,余俊和同事跟着黄金到西安,在西宝线(西安-宝鸡)做谐波故障测试。当时,有人在地面变电站做测试,有人随车测试。留给他们测试的时间短,只够做几次测试,大家几乎24小时连轴转,通宵工作。“有一天,我们从早上八点一直干到第二天凌晨三点,在车上车下都布置好测点。因为第二天早上七点车就要开车测试,我们决定不睡了,找个小吃店吃早饭。”余俊说,他眼看着点餐时还和同事有说有笑的黄金,在端起碗的瞬間睡着了,睡得很沉。

而早上七点,出现在测试现场的黄金,依旧精神抖擞、严谨专注。

经过一系列测试、研究,黄金提出谐波抑制策略和谐振抑制方案,研究成果对解决运输一线故障起到关键作用。“不管做什么,我们的宗旨只有一个,就是老院长茅以升提出的:一切为科研,科研为运输。”

如今,中国已成为世界上唯一高铁成网运行的国家,营业里程世界第一。面对庞大的运营需求,如何更好将科研成果服务于铁路运输安全一线,是黄金始终坚持的研究方向。2019年12月起,他作为负责人启动“复兴号”高铁列车服役跟踪项目,跟踪“复兴号”运用情况。项目涉及参与研发的高校和科研机构、机辆所相关专业部门、列车生产方等很多单位,各方面也给项目提出很多要求,难度很大。而且项目需要每周和所有相关方开例会跟踪进度,汇总情况,非常繁琐。余俊说:“黄金是项目负责人,千头万绪集中在他一个人。”

很多闪光的瞬间,背后都是寂寂无名的平常日子。由于铁路试验需要,黄金到过中国大部分省、市、自治区,见证过很多重要的成功,却不记得有什么属于自己的高光时刻。无论顺逆,他都没有太大情绪起伏,“好像都是团队作战,去克服一个个困难,有些大项目试验,我们经常派四五十人的团队驻场”。

在他心中,也不存在高不可攀的山峰,“按照现有技术,我们都可以攻关,只是有时时间紧张,要在有限时间里完成任务,就比较难”。

无名的焦灼感和压力时有来袭,睡眠不足时,他会感到头疼,好像头顶笼着罩子一样闷闷地痛。他吃一点止疼片缓解,而后继续马不停蹄。肩周炎也是黄金和同事们的职业病,余俊也有肩周炎,有一次买了护具,黄金看到后说,“我有止疼片,还是这个管用”。余俊说着就无奈地笑,“有一次黄金肩颈疼得几乎爬不起来,但那天所里开会,他还是来了,还装得若无其事”。

余俊和宋永丰说,已经很久没和黄金凑在一起踢足球、打篮球或者打游戏了。研究所的青年也很难组队打比赛,“中国高铁发展快,所里项目多,几乎每天都有一半同事在外面出差”。

陆阳总说,“干我们这行,八小时工作制肯定不够。一天工作10个小时,还觉得不够用”。现在,担任研究室主任的黄金,肩上担子更重,跟同事谈工作,也经常是夜半时分。同事很理解,“他就是太忙了”。

早已没有人再“嫌”黄金太年轻,他在越来越多重要的项目里成为顶梁柱。黄金作为团队核心成员提炼牵引计算基础理论,总结出基础数据应用方法,完成了铁路行业重要的基础技术规范《列车牵引计算规程——机车篇》,为铁路移动装备的性能优化、线路经济运量的计算分析、辅助驾驶等智能设备的研制、线路基础设施技术参数的确定提供了技术支持,社会效益巨大;主持开展《电动车组能耗评估技术研究》科研课题,提出基于实测效率曲线的能耗仿真方法,研究成果对“复兴号”历次综合试验起到理论支撑作用;作为团队核心成员,参与京张智能动车组技术条件制定,并以此为基础参与智能动车组各项性能持续提升和验证工作,“不久后,智能动车组将陆续投入京沪、京哈、京广、成渝等高铁线路”。

偶有闲暇,黄金总想起一张图片,那是2016年“冲高试验”成功后,一位已经退休的前辈发在微信群里的照片。

“冲高试验结束后,大家在微信群里发了很多照片——跟速度显示屏的合影、跟‘复兴号的合影、跟同事的合影。有一位退休的老前辈发了2002年,我国自主研制的‘中华之星电动车组在秦沈线(秦皇岛-沈阳)试验结束时的照片。在这张照片里,我看到自己在学校时的老师、机辆所的前辈,他们那么年轻,那么意气风发、自信笃定,中国高速铁路牵引动力的基石,是他们用青春铺就的。”

黄金说,每当想起那张照片里的身影与场景,敬意和自豪感油然而生,“复兴号”奔驰在祖国大地上,并不是一朝一夕的成就,而是近半个世纪的积淀获得的结晶。“我们之所以能一次次领跑世界,创造历史、创造纪录,要感谢前辈们打下的坚实基础,给我们这一代铁路人搭建平台、提供机会。我们要做的,就是为持续巩固我国高铁领跑优势提供坚强技术支撑”。

今年年初,国铁集团组织启动“CR450科技创新工程”,在科学分析、把握路情基础上,计划基于时速350公里高铁基础设施条件,主要通过对高铁移动装备技术的全面提升,研发新一代更高速度、更加安全、更加环保、更加节能、更加智能的“复兴号”动车组新产品,实现中国高铁更高商业运营速度。“新技术下牵引动力顶层指标的确定,很多难点需要突破。新一代高铁列车什么样,目前世界上没有,我们要创造它”。接棒前行,黄金与团队为“新一代”高铁列车下定义。

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