谢伊式蒸汽机车

谢伊式蒸汽机车（英语：Shay locomotive）是使用最广泛的齿轮传动式蒸汽机车，乃根据伊伏伦·谢伊（Ephraim Shay）的专利所制造。初期的设计与后来的机车有所不同，但谢伊式蒸汽机车的发展仍有其一贯的脉络。

## 发展

伊伏伦·谢伊（Ephraim Shay，1839–1916年）是住在密歇根州的发明家，也曾担任教师，南北战争时期医院职员，公务员，伐木者，商人，铁路所有者。

在1860年代，谢伊从事伐木，希望有比在冬天使用雪橇更好的方式将原木移至锯木厂。他于1875年建造轨距660毫米的台车轨道，以便能全年伐木。两年后他想到可以在平车上装置锅炉与齿轮提供动力，并装上转向架以便控制。第一辆谢伊式蒸汽机车只有两个汽缸，前端以常见的方式装置转向架，后端转向架则固定于车架上不能转动。使用的锅炉直径3英尺（914毫米），高5英尺（1524毫米），装置于车体中央，而水柜装置在前转向架上方，后转向架上方则以横向装置由威廉·克里彭（William Crippen）制造的气缸与连杆装置（蒸汽机）。谢伊先尝试以链条穿过车底将动力送到车轴（驱动单轴或双轴现已不可考），不过此法并不实用。接下来他试着以皮带传动，很快就被接受了。

谢伊于1881年为其基本概念申请并获得了专利。1901年又为了改进的齿轮动力机构获得专利。

俄亥俄州莱马的莱马机车厂在1880年建造了伊伏伦·谢伊的原型蒸汽机车。1884年之前，莱马机车厂所制造的谢伊式蒸气机车车重10至15短吨（8.9至13.4长吨；9.1至13.6公吨），且只有两个汽缸。1884年制造了第一部3气缸（B型）谢伊式机车，第一部3缸（C型）谢伊式机车则于1885年交车。谢伊式机车的成功使得莱马公司大规模扩张和重组。莱马公司最初收到谢伊的设计时并不重视，直到约翰‧凯恩斯（John Carnes）说服采用，而出现了典型的谢伊式蒸汽机车设计。

1903年，莱马机车厂制造了第一辆四转向架（D型）谢伊式机车，重达140短吨（120长吨，130公吨）。这是为了新墨西哥州阿拉莫戈多到考克斯峡谷（Cox Canyon）的埃尔帕索岩岛线（El Paso Rock Island Line）而制造的。该路线蜿蜒长达31英里（50公里），坡度最大为6 ％，沿线的水质不良，故机车配备两部水柜车，以携带足够往返的用水。

在莱马机车厂工作的Lewis E. Feightner在1908年和1909年为谢伊式蒸汽机车改进了蒸汽机安装支架和过热器，并取得专利。

在谢伊式蒸汽机车的基本专利到期后，俄勒冈州波特兰市的威拉米特铁工厂（Willamette Iron and Steel Works）也开始制造谢伊式蒸汽机车，并在1927年因改进了齿轮传动转向架，获得了专利。这些机车被称为威拉米特机车。由于“ Shay”是利马的商标，严格来说并不能将威拉米特与其他厂家所制造的直立气缸伞形齿轮传动机车称为“ Shays”。密歇根州凯迪拉克的密歇根铁工厂（Michgan Iron Works）也依照谢伊式专利建造了六辆机车，称为亨德森型谢伊式机车（Henderson-style Shays）。

## 概述

谢伊式机车使用直立气缸、伞型齿轮驱动。锅炉采用一般的火管锅炉，但装置的位置偏向车架的左边，让车架右侧有空间装置二缸或三缸的蒸汽机并平衡重量。右侧的蒸汽机之汽缸与活塞为直立安装，活塞连杆推动位于动轮轮轴高度的曲轴，转动纵向安装的传动轴，传动轴上有伞形齿轮，与动轮上的伞形齿轮啮合，推动动轮。驱动轴上有万向节与方形可动棱柱节，以使轴与车轮能应付行驶时路线的转弯。

谢伊式机车的优点在于车架下的所有轮子都有动力驱动（某些型号甚至连煤水车下也装置了动轮，可由传动轴驱动），能运用全车车重与所有的车轮产生牵引力。活塞冲程与车轮转速的比率很高，因此可以在部分打滑的情况下运转，而传统的连杆式驱动方式则会使动轮打滑、轨道升温，失去牵引力。

由于其装置在侧边的传动轴，在美国谢伊式机车也常被称为响尾蛇（sidewinder）或发条表（stemwinder）。虽然大部分的谢伊式机车于美国境内使用，也有不少外销至大约30个国家，其中有些是由莱马公司售出，也有到达使用年限后出口的。

## 形式

从1878年到1945年，莱马机车厂制造了大约2770辆谢伊式蒸汽机车，分为四型，重量介于6至160短吨（5.4至142.9长吨；5.4至145.1公吨）。

- A型：双汽缸、双转向架。重量介于6和24短吨（5.4和21.4长吨；5.4和21.8公吨）之间。
- B型：三汽缸，双轮组转向架。在10和60短吨（8.9和53.6长吨；9.1和54.4公吨）之间。
- C型：三汽缸，三转向架。重量在40和160短吨（36和143长吨；36和145公吨）之间。
- D型：三汽缸，四转向架。重量为100和150短吨（89和134长吨；91和136公吨）之间。虽然出力并不比C型强大，但具有更大的燃料和水容量，使机车对轨道的黏着力更高。

另有两辆车重为15短吨（13长吨；14公吨）的谢伊式机车具有两个气缸跟三个转向架。

有四部谢伊式机车轨距为600毫米，气缸位于左侧，是墨西哥San Luis de la Paz的Sr. Octaviano B. Cabrera Co.,所订制。

## 保存车辆

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现存115辆谢伊式蒸汽机车，有的是用两部机车拼装而成的。

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- 优胜美地山糖松铁路拥有并运行两部原属西方木材公司的谢伊式机车，分别是10号和15号车。

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- 1966年，中西部中央铁路（Midwest Central Railroad，MCRR）购买了西方木材公司的第9号车（C型谢伊式机车，1923年，序号3199），在1990年代中期进行了小规模整修，继续在爱荷华州东南部营运。2011年1月，MCRR与乔治敦环路铁路（Georgetown Loop Railroad，GLRR）签订了为期7至10年的协议，由GLRR将第9号机车维修，并在2012年7月14日开始在GLRR营运。此车于2019年夏末返回爱荷华州营运。
- 伊利诺伊州铁路博物馆（Illinois Railway Museum）是美国最大的铁路博物馆，有一辆三气缸三转向架谢伊式机车，由莱马厂于1929年制造，原属J. Neils Lumber Company。

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- 最后一部生产的谢伊式蒸汽机车，为西马里兰铁路的6号车（1945年制造，序号3354），现在仍在卡斯观光铁路运行。重达162吨，是有史以来建造的第二大谢伊式机车，仅服役四年便退休，静态展示于巴尔的摩与俄亥俄铁路博物馆。1981年它与几辆蒸汽机车交换，而到了卡斯观光铁路营运，成为第6号机车，绰号“大六（Big 6）”，结果作为观光铁路牵引机车的营运时间，比在原始拥有者手中还要长。本车是现存最大的谢伊式蒸汽机车。卡斯观光铁路也是世界上最大的齿轮传动蒸汽机车集合之处。
- 台湾的阿里山林业铁路修复了三台28吨，窄轨B型谢伊式机车，分别是25、26和31号。大多数阿里山森林铁路的谢伊式机车都保存下来了，但第14号机车售至澳大利亚的普芬比利铁路（Puffin Billy Railway）。

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- 卡斯观光铁路目前还运行1923年建造的谢伊式机车11号车。本车最初为加利福尼亚州羽毛瀑布（Feather Falls）的Hutchinson木材公司所有，以羽毛河3号（Feather River ＃3）闻名，属于C型，重达103吨。2号车是1928年7月为不列颠哥伦比亚省温哥华岛Paldi的Mayo木材公司建造的太平洋海岸谢伊式机车，是唯一曾以木材、煤炭、石油为燃料的谢伊式机车，属于C型，重93吨。4号车最初编号为5，1922年为西弗吉尼亚州蒂奥加的桦木谷木材公司（Birch Valley Lumber Company）所制。本车为C型70-80吨的谢伊式，与处于不可运转状态的7号车一样。

## 图片

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- 卡斯观光铁路的照片，附有各部说明。

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- Dixiana号的各部位（标记为“进料泵（Feed Pump）”的设备实际上是一台消防泵，可为灭火水管供水。Dixiana使用两个Nathan Monitor＃6注入器作为锅炉进水装置。）

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- Sonora号的万向节，两者之间有可滑动的连接机转

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- 莱马机车厂制造的谢伊式蒸汽机车（1928年，序号3320）。目前仍在卡斯观光铁路运转，车号2号。

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- 莱马机车厂的目录，B型70吨机车（1918年，序号2982）。本车 Fairfield Steel 170后来成为Tennessee Coal, Iron and Railroad的 170号车。

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- 谢伊式机车的曲轴与相关零件（于 Railtown 1897 State Historic Park）

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- 卡斯观光铁路6号车

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- 卡斯观光铁路4号车

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- 卡斯观光铁路4号车