高培庆,1961年8月毕业于上海交通大学电机制造专业,同年9月分配到株洲所工作,历任技术员、工程师、高级工程师、教授高级工程师、株洲所资深专家。
我在学校做的毕业设计之一就是劈相机,劈相机是用来将主变压器辅助绕组供给的单相电源“劈成”三相,向辅助系统所有三相异步电动机供电。它是电力机车的重要部件之一,特别是在高速重载后,它的好坏决定了机车的运行质量,更是直接影响到行车安全。1961年我进入株洲所后,被安排在铁道科学研究院环形铁道实习,主要是熟悉国产电力机车和6Y2电力机车机车的控制电路、机车结构、机车日常操作及维修方法,实习期获取的现场知识为以后的设计工作奠定了基础。
1962年实习期满,我主动要求从事交流辅助电机研究和设计,在田心机厂组织的一次关于国产电力机车劈相机烧损问题讨论会上,铁道部机务局老局长的一句话深深触动了我——“不解决劈相机烧损,电力机车就不能更新换代”,也正是那时候,我立志把解决劈相机烧损和改进完善辅助电机系统作为研究方向,以“解决劈相机烧损”为己任。
课题确定以后,我几乎跑遍了宝成线的各个机务段进行调查研究,同时机务局也把辅机烧损问题课题布置给路局、机务段,一起找问题并解决。寒冬腊月的深夜,是三辅机(劈相机、通风机电动机、压缩机电动机)烧损最多的时候。依稀记得1963年2月的一个晚上,我在宝鸡添乘“零担”(添乘:除正副司机以外的乘座。零担:站站停)国产电力机车,目的是体验三辅机现场发生故障的过程。半夜离略阳站大约45公里处,突然主变压器起火,油和火从变压器内部冲出来,沿着变压器室的两边走廊流向两端司机室。我顾不得紧张、害怕,赶紧和副司机一起拿灭火器分别从前后在两侧走廊灭火。正司机迅速切断主断路器,降受电弓,操纵列车沿着线路溜车,列车溜了近15公里才停稳,正司机下车用报警电话向调度室报警——请求救援。经过这一番折腾后,火灭掉了,司机室的温度很快降到零下25度,我们都冻得瑟瑟发抖,正司机把仅有的一件脏兮兮的工作棉大衣裹在我身上,可还是感觉很冷,大约一个小时后,手脚都冻僵了,终于等到救援机车。我们3人全部上了救援机车的后端司机室,享受到了暖烘烘的舒适环境。事故列车被拖到略阳重新编组。第二天下午我们三人不约而同到略阳公寓医务室取药。就这样我们三人成为好朋友、好兄弟,以兄弟相称。
虽然这次事故不是劈相机引起的,但通过这件事提高了我们处理应急事件的能力。事后我们了解到,这次变压器起火原因是变压器的主副边绕组严重击穿,点燃变压器油,因处理及时才避免了变压器爆炸的更大事故。
我们长期在各个机务段“添乘”,不但和司机们交上朋友,了解他们操纵机车的经验和处理故障的方法,还享受到解决疑难问题过程中的欢乐。通过对大量的现场数据收集和分析,劈相机烧损的主要原因是启动原理不对,启动继电器原理错误,保护系统不完善。我们将宝成线调查得来的资料送至铁道部并申请立项。铁道部给株洲所下达科研任务,正式立项,开始对三辅机进行试验以及劈相机启动和辅机保护系统的研究。我在试验车间对劈相机和电动机进行了大量试验。

1974年,所里成立了项目组,团队成员还有袁炳详、钱维昌、戴奉初等。我们研究出一套劈相机启动和辅机保护系统。1976年,第一套保护系统在石家庄机务段装车,段上也派人参加,其中陆淳(当时北大校长陆平的儿子)主动配合,他负责管道内走线,布置机车控制线路,跟着我们一起跑车,一起测试,共同完成装车试验。在这期间我和陆淳交上好朋友。现场试验圆满成功后,石家庄机务段所有韶山型机车的辅机系统一台接着一台改造,台台成功。后来又推广到宝鸡、马角坝、六里坪、安康等所有电力机务段,这样边改造边试验前后历时8年,到1983年底全部改造完成,全面解决了劈相机烧损问题。1984年,在石家庄由机务局组织召开的科研成果鉴定会上,株洲电力机车工厂总工赵琦给予高度评价:完成了机务局老局长嘱托。
1986年我撰著了《劈相机》一书,用劈相机算子,单三相电流分析法的理论,设计出的劈相机的重量减轻50%,功率却增加一倍,这套理论同样适用于其他新设计的电动机产品。新设计的劈相机和辅助电机重量大大减轻,用于大同厂生产的新型韶山6型电力机车,解决了整车轴重超标问题,为其他设备重量让路,效果尤为突出。同时为联诚集团找到发家的“劈相机、通风机电动机、压缩机电动机——三辅机”创造了条件。
为了顺应国际科技发展的趋势,从1986年开始,株洲所转向交流传动机车的研究,蒋家久团队负责变频器系统的研究,我们团队负责异步牵引电动机的研究与开发,顾家俊、冯江华、符佳、李益丰、江有名、李进泽、杨慰怀和黄景贤等参加电机设计,杜邦公司和我们合作,蔡彬芬、李强军负责耐电晕绝缘结构研究。为了降低成本,我们在6415铁道兵工厂使用了两台内燃机车410直流电动机的机座、转轴和端盖。将新开发的耐电晕绝缘交流电动机定子、鼠笼转子设计成300千瓦交流变频异步牵引电动机,和蒋工团队设计的变频器配套组成了株洲所第一套牵引变频调速系统,在这套系统上进行大量的试验研究,积累了大量宝贵的试验数据,不但完成了300千瓦系统的牵引特性和制动特性试验,用这台电动机还完成了600千瓦、1000千瓦系统的牵引特性和制动特性试验。1000千瓦交流变频系统获得了铁道部科技成果一等奖。
我们修理了蓝箭机车的牵引电机,还解决了蓝箭牵引电机轴承润滑问题,将轴承的设计寿命从160万公里提高到240万公里以上,我们还参考蓝箭机车的牵引电机结构,设计出了1200千瓦交流变频异步牵引电动机(JD121型),并与系统配套,完成了1200千瓦系统的牵引特性和制动特性试验,该电动机安装在2001年研制出的奥星高速电力机车(dj2型号交流传动电力机车)上。“奥星”是我国第一台具有自主知识产权的商用型交流传动电力机车,它具有粘着好、恒功范围宽、轴功率大、功率因数及效率高、谐波干扰小、维修率低、节能和运营费用低等优点。2005年完成了100万公里运行考核。我们从这些实验数据上整理出大量的设计依据,这些试验数据、分析结果和理论推导的草稿纸,整整有两大麻袋之多,最终推导出异步牵引电动机设计程序。2001年研制的动力集中型高速动车组“中华之星”上使用的功率1225KWJD128型异步牵引电动机以及2001年研制的首列动力分散型交流传动电动车组“先锋号”上使用的JD106S异步牵引电动机(北京交通大学主持)都是用这套设计程序制造出来的。
2005年在高铁引进的热潮中,技术和图纸都可以买到,就是设计程序这项关键技术没有一家外国公司肯卖。ABB公司说的很直白,“我们把核心技术卖给你们,今后我们靠什么吃饭?”
在这个关键时刻铁道部副总工程师周翊民说高培庆设计那么多种机车的牵引电动机,台台成功,他肯定有设计程序。是的,我有牵引电动机设计程序,是我四十余年的研究成果的积累,现在国家需要,我毫不犹豫地奉献给国家,奉献给我热爱的事业,在世界面前展现我们的中国人的智慧。
现在,株洲电机厂我的学生刘勇用这套设计程序设计出复兴号动车组的牵引电动机。他得了大奖,我很欣慰,感到无比自豪!
先锋号高铁和中华之星动力集中型高铁,在北京铁道科学研究院的环形铁道上通过了试运行,2000年转到秦沈高速铁路专用线上继续进行高速牵引试运行。这两种车的牵引电动机也是我们团队设计的。
牵引电动机轴承必须在-40度条件以下仍能可靠工作,为此需考核轴承润滑在严寒条件下是否良好。在沈阳的严寒冬天,我们将动车停在库外,冻它一个夜晚,早晨6:00以前在车库外溜车,连续5天,这种严寒环境条件下做轴承润滑试验,也是对我们参试人员意志的考验。试验成功了,实打实的考验通过了。严寒冻不垮我们的产品,更冻不垮我们的意志。
我们可以自豪地讲,先锋号高铁应该是CRH1、CRH2、CRH3和CRH5动车的“祖父”,成功运行了100万公里,漂亮地完成了它的历史使命。
能够在更多的领域用上咱们中国自己设计制造的电机,是我最大的心愿。最后,我想用沉香集《赤子情怀,跋涉不止》中的一段话结束我的回忆:两鬓多年作雪,存心至老还丹。在高培庆的心中,激扬澎湃的赤子情怀背后,涌动着一个古老民族实现伟大复兴的百年梦想。