謝伊式蒸汽機車

**謝伊式蒸汽機車**（英語：Shay locomotive）是使用最廣泛的齒輪傳動式蒸汽機車，乃根據伊伏倫・謝伊（Ephraim Shay）的專利所製造。初期的設計與後來的機車有所不同，但謝伊式蒸汽機車的發展仍有其一貫的脈絡。

## 發展

伊伏倫・謝伊（Ephraim Shay，1839–1916 年）是住在密西根州的發明家，也曾擔任教師，南北戰爭時期醫院職員，公務員，伐木者，商人，鐵路所有者。

在 1860 年代，謝伊從事伐木，希望有比在冬天使用雪橇更好的方式將原木移至鋸木廠。他於 1875 年建造軌距 660 毫米的台車軌道，以便能全年伐木。兩年後他想到可以在平車上裝置鍋爐與齒輪提供動力，並裝上轉向架以便控制。第一輛謝伊式蒸汽機車只有兩個汽缸，前端以常見的方式裝置轉向架，後端轉向架則固定於車架上不能轉動。使用的鍋爐直徑 3 英尺（914 毫米），高 5 英尺（1524 毫米），裝置於車體中央，而水櫃裝置在前轉向架上方，後轉向架上方則以橫向裝置由威廉・克里彭（ William Crippen）製造的氣缸與連桿裝置（蒸汽機）。謝伊先嘗試以鏈條穿過車底將動力送到車軸（驅動單軸或雙軸現已不可考），不過此法並不實用。接下來他試著以皮帶傳動，很快就被接受了。

謝伊於 1881 年為其基本概念申請並獲得了專利。 1901 年又為了改進的齒輪動力機構獲得專利。 

俄亥俄州萊馬的萊馬機車廠在 1880 年建造了伊伏倫・謝伊的原型蒸汽機車。 1884 年之前，萊馬機車廠所製造的謝伊式蒸氣機車車重 10 至 15 短噸（8.9 至 13.4 長噸；9.1 至 13.6 公噸），且只有兩個汽缸。 1884 年製造了第一部 3 氣缸（B 型）謝伊式機車，第一部 3 缸（C 型）謝伊式機車則於 1885 年交車。謝伊式機車的成功使得萊馬公司大規模擴張和重組。 萊馬公司最初收到謝伊的設計時並不重視，直到約翰・凱恩斯（John Carnes）說服採用，而出現了典型的謝伊式蒸汽機車設計。

1903 年，萊馬機車廠製造了第一輛四轉向架（D 型）謝伊式機車，重達 140 短噸（120 長噸，130 公噸）。這是為了新墨西哥州阿拉莫戈多到考克斯峽谷（Cox Canyon）的埃爾帕索岩島線（El Paso Rock Island Line）而製造的。該路線蜿蜒長達 31 英里（50 公里），坡度最大為 6 ％ ，沿線的水質不良，故機車配備兩部水櫃車，以攜帶足夠往返的用水。 

在萊馬機車廠工作的 Lewis E. Feightner 在 1908 年和 1909 年為謝伊式蒸汽機車改進了蒸汽機安裝支架和過熱器，並取得專利。 

在謝伊式蒸汽機車的基本專利到期後，俄勒岡州波特蘭市的威拉米特鐵工廠（Willamette Iron and Steel Works）也開始製造謝伊式蒸汽機車，並在 1927 年因改進了齒輪傳動轉向架，獲得了專利。 這些機車被稱為威拉米特機車。由於「 Shay」是利馬的商標，嚴格來說並不能將威拉米特與其他廠家所製造的直立氣缸傘形齒輪傳動機車稱為「 Shays」。密西根州凱迪拉克的密西根鐵工廠（Michgan Iron Works）也依照謝伊式專利建造了六輛機車，稱為亨德森型謝伊式機車（Henderson-style Shays） 。

## 概述

謝伊式機車使用直立氣缸、傘型齒輪驅動。鍋爐採用一般的火管鍋爐，但裝置的位置偏向車架的左邊，讓車架右側有空間裝置二缸或三缸的蒸汽機並平衡重量。右側的蒸汽機之汽缸與活塞為直立安裝，活塞連桿推動位於動輪輪軸高度的曲軸，轉動縱向安裝的傳動軸，傳動軸上有傘形齒輪，與動輪上的傘形齒輪嚙合，推動動輪。驅動軸上有萬向節與方形可動稜柱節，以使軸與車輪能應付行駛時路線的轉彎。

謝伊式機車的優點在於車架下的所有輪子都有動力驅動（某些型號甚至連煤水車下也裝置了動輪，可由傳動軸驅動），能運用全車車重與所有的車輪產生牽引力。活塞衝程與車輪轉速的比率很高，因此可以在部分打滑的情況下運轉，而傳統的連桿式驅動方式則會使動輪打滑、軌道升溫，失去牽引力。

由於其裝置在側邊的傳動軸，在美國謝伊式機車也常被稱為響尾蛇（sidewinder）或發條表（stemwinder）。雖然大部分的謝伊式機車於美國境內使用，也有不少外銷至大約 30 個國家，其中有些是由萊馬公司售出，也有到達使用年限後出口的。

## 形式

從 1878 年到 1945 年，萊馬機車廠製造了大約 2770 輛謝伊式蒸汽機車，分為四型，重量介於 6 至 160 短噸（5.4 至 142.9 長噸；5.4 至 145.1 公噸）。

* A 型：雙汽缸、雙轉向架。重量介於 6 和 24 短噸（5.4 和 21.4 長噸；5.4 和 21.8 公噸） 之間。
* B 型：三汽缸，雙輪組轉向架。在 10 和 60 短噸（8.9 和 53.6 長噸；9.1 和 54.4 公噸）之間。
* C 型：三汽缸，三轉向架。重量在 40 和 160 短噸（36 和 143 長噸；36 和 145 公噸） 之間。
* D 型：三汽缸，四轉向架。重量為 100 和 150 短噸（89 和 134 長噸；91 和 136 公噸） 之間。雖然出力並不比 C 型強大，但具有更大的燃料和水容量，使機車對軌道的黏著力更高。

另有兩輛車重為 15 短噸（13 長噸；14 公噸） 的謝伊式機車具有兩個氣缸跟三個轉向架。

有四部謝伊式機車軌距為 600 毫米，氣缸位於左側，是墨西哥 San Luis de la Paz 的 Sr. Octaviano B. Cabrera Co., 所訂製。

## 保存車輛

現存 115 輛謝伊式蒸汽機車，有的是用兩部機車拼裝而成的。 

* 優勝美地山糖松鐵路擁有並運行兩部原屬西方木材公司的謝伊式機車，分別是 10 號和 15 號車。

* 1966 年，中西部中央鐵路（Midwest Central Railroad，MCRR）購買了西方木材公司的第 9 號車（C 型謝伊式機車，1923 年，序號 3199），在 1990 年代中期進行了小規模整修，繼續在愛荷華州東南部營運。 2011 年 1 月，MCRR 與喬治敦環路鐵路（Georgetown Loop Railroad，GLRR）簽訂了為期 7 至 10 年的協議，由 GLRR 將第 9 號機車維修，並在 2012 年 7 月 14 日開始在 GLRR 營運。此車於 2019 年夏末返回愛荷華州營運。
* 伊利諾伊州鐵路博物館（Illinois Railway Museum）是美國最大的鐵路博物館，有一輛三氣缸三轉向架謝伊式機車，由萊馬廠於 1929 年製造，原屬 J. Neils Lumber Company。

* 最後一部生產的謝伊式蒸汽機車，為西馬里蘭鐵路的 6 號車（1945 年製造，序號 3354），現在仍在卡斯觀光鐵路運行。重達 162 噸，是有史以來建造的第二大謝伊式機車，僅服役四年便退休，靜態展示於巴爾的摩與俄亥俄鐵路博物館。 1981 年它與幾輛蒸汽機車交換，而到了卡斯觀光鐵路營運，成為第 6 號機車，綽號「大六（Big 6）」，結果作為觀光鐵路牽引機車的營運時間，比在原始擁有者手中還要長。本車是現存最大的謝伊式蒸汽機車。卡斯觀光鐵路也是世界上最大的齒輪傳動蒸汽機車集合之處。
* 台灣的阿里山林業鐵路修復了三台 28 噸，窄軌 B 型謝伊式機車，分別是 25、26 和 31 號。大多數阿里山森林鐵路的謝伊式機車都保存下來了，但第 14 號機車售至澳大利亞的普芬比利鐵路（Puffin Billy Railway）。

* 卡斯觀光鐵路目前還運行 1923 年建造的謝伊式機車 11 號車。本車最初為加利福尼亞州羽毛瀑布（Feather Falls）的 Hutchinson 木材公司所有，以羽毛河 3 號（Feather River ＃3）聞名，屬於 C 型，重達 103 噸。 2 號車是 1928 年 7 月為不列顛哥倫比亞省溫哥華島 Paldi 的 Mayo 木材公司建造的太平洋海岸謝伊式機車，是唯一曾以木材、煤炭、石油為燃料的謝伊式機車，屬於 C 型，重 93 噸。 4 號車最初編號為 5，1922 年為西弗吉尼亞州蒂奧加的樺木谷木材公司（Birch Valley Lumber Company）所製。本車為 C 型 70-80 噸的謝伊式，與處於不可運轉狀態的 7 號車一樣。

## 圖片

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## 參考資料