Ephraim Shay 发明齿轮传动蒸汽机车，适用于伐木采矿

Shay机车是一种齿轮传动蒸汽机车，起源并主要使用于北美。这些机车按照Ephraim Shay的专利制造，他被认为是齿轮传动蒸汽机车概念的普及者。尽管Ephraim Shay早期机车的设计与后来的有所不同，但所有Shay机车之间存在着清晰的发展脉络。Shay机车特别适合伐木、采矿和工业作业，能够在陡峭或质量较差的道轨上成功运行。

Ephraim Shay（1839–1916）曾是学校教师、美国内战医院职员、公务员、伐木工、商人、铁路所有者和发明家，住在密歇根州。

1860年代，Shay成为了一名伐木工，他想要一种比冬季雪橇更好的方式将原木运到锯木厂。1875年，他在2英尺2英寸（660毫米）轨距、木枕的道轨上建造了自己的 tramway，使他能够全年伐木。两年后，他萌生了将发动机置于平车上、配上锅炉、齿轮和可 pivot 的转向架的想法。第一台Shay只有两个气缸，前转向架正常安装，而后转向架固定在车架上无法旋转，就像机车上的普通动轮一样。他将直径3英尺（910毫米）、高5英尺（1,520毫米）的锅炉居中安装在车上，水箱置于前转向架上方，发动机由William Crippen提供，横向安装在后转向架上方。Shay首先尝试了从发动机穿过地板到转向架车轴的链传动。不清楚他驱动的是一根还是两根车轴，但他很快发现链传动不实用，于是接下来尝试了皮带传动。这一想法很快就流行起来。

Shay于1881年申请并获得了一项基本概念的专利。[1] 1901年，他为自己的发动机申请了一项改进型齿轮转向架的专利。[2]

俄亥俄州利马的Lima Locomotive Works于1880年制造了Ephraim Shay的原型发动机。[3]

1884年之前，Lima生产的所有Shay机车每台重10至15短吨（8.9至13.4长吨；9.1至13.6吨），且仅有两个气缸。1884年，他们交付了第一台3缸（B级）Shay，1885年交付了第一台3转向架（C级）Shay。Shay的成功促成了Lima公司的大规模扩张和重组。[4] 当Lima最初收到Shay的想法时并未被打动，直到John Carnes说服公司采用这一想法，最终形成了经典的Shay设计。

1903年，Lima可以宣称它交付了“世界上动轮上最重的机车”，即第一台（D级）Shay，它仍然有三个气缸和三个转向架，但重达140短吨（120长吨；130吨）。这台机车是为El Paso Rock Island Line建造的，运行于新墨西哥州阿拉莫戈多到Cox Canyon之间，全长31英里（50公里），穿越蜿蜒曲线和坡度高达6%的路段。由于沿线水质差，机车必须携带足够往返的水，因此需要使用两转向架煤水车。[5][需要更好的来源]

在Lima工作的Lewis E. Feightner于1908年和1909年为Shay的改进型发动机安装支架和过热器申请了专利。[6][7]

在基本的Shay专利到期后，俄勒冈州波特兰的Willamette Iron and Steel Works制造了Shay型机车，1927年，Willamette获得了此类机车改进型齿轮转向架的专利。[8] 这些机车被称为Willamette机车。由于“Shay”是Lima的商标，严格来说，将Willamette及其他厂商制造的机车称为“Shay”是不正确的。密歇根州卡迪拉克的Michigan Iron Works制造了六台Shay专利机车，被称为Henderson-style Shays。

根据Lima Locomotive Works 1925年的说法：“Shay齿轮传动机车具有广泛而多样的服务范围，用于工业、采石场、承包商、伐木、采矿和种植园作业；（也用于干线铁路的支线和山区路段）。它特别适合大型制造厂内部及周边的工业铁路。其作为调车机的价值在于它能快速加速负载，以及在最短时间内定位车辆的能力。它设计为能够通过标准车辆可运行的所有曲线。”[9] 该公司强调了其在“陡坡”、“不平整道轨”和“对于相同轴载的直接传动机车来说太轻的道轨”上的性能。[9]

Shay机车配有普通的火管锅炉，偏置左侧以提供空间并平衡垂直安装在右侧的两缸或三缸“马达”的重量，纵向传动轴从曲轴处向前后延伸，位于车轮轴高度。这些传动轴配有万向节和方形滑动棱柱关节以适应旋转转向架。每根车轴由单独的锥齿轮驱动，没有侧杆。

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）