“心脏”外露的钢铁巨人——外形奇特的齿轮传动蒸汽机车（下）

互推小编 2024-01-11

一、前言

上个章节我们介绍了齿轮传动蒸汽机车里的大户夏伊式蒸汽机车以及衍生的威拉米特蒸汽机车，这个章节我将对剩下的齿轮传动蒸汽机车做一个介绍。

二、顶点型蒸汽机车

顶点型蒸汽机车（Climax locomotive）是一种齿轮传动蒸汽机车，和夏伊式蒸汽机车类似，该机车也是通过两台蒸汽气缸连接到为了锅炉中心下方的传动装置上，然后由传动装置驱动机车转向架上的动轮。这里我做一点说明，上一篇文章我把这个系列的机车翻译成了高潮型蒸汽机车，感觉名字多少有点邪恶，另外Climax这个单词也确实有那个高潮的意思，为了避免开车因此本篇文章改称为顶点型蒸汽机车（还是有点邪恶）。

顶点型蒸汽机车的发明者叫查尔斯·D·斯科特，他在1875年到1878年期间在宾夕法尼亚州斯巴达斯堡附近经营了一条森林铁路，作为一名伐木工出身的斯科特非常聪明，他一直致力于推广自己设计改进的伐木机车，之后他将机车图纸送往了宾夕法尼亚州科里附近的顶点制造公司。并在1888年交付了4台顶点型蒸汽机车。机车外观设计于同年2月申请，12月授予。但是由于斯科特的文凭并不高，所以为了保证专利顺利申请，他把图纸交给了他的妹夫乔治·D·吉尔伯特）——一位在顶点公司工作的高级土木工程师。结果出乎意料的是吉尔伯特以他的名义申请了这项发明的专利，因此专利也没有提到斯科特（这让斯科特非常不满）。

1、吉尔伯特专利

吉尔伯特的专利是指吉尔伯特本人对顶点型机车的一些改进，机车安装了直立的海事型双缸蒸汽机车，并利用一个2速变速箱的传动装置在底架车轴轴心附近和走形部相连并安装了差速器。吉尔伯特专利就是指机车的变速传动装置，不过也仅仅在第一代顶点型机车中采用。这种传动方式和汽车有点类似，机车蒸汽机的输出功率通过传动装置转换成扭力分别传递到车轴的两个车轮上，其中一个车轮与轮轴固定连接，另外一个车轮通过车轴套筒构造连接在车轴上，这样两个车轮可以在机车进入急弯的时候产生相对转动，以减少阻力，这样在粘着力达到极限的情况下，这种差速轮对牵引力消耗会更低。

2、巴特斯专利

拉什·S·巴特斯对机车做了如下改进，放弃差速器的设计，使用简单的准双曲面锥齿轮来驱动对轮，和后面要介绍的海斯勒式蒸汽机车设计不同，转向架上没有连杆，另外所有的传动装置都是完全敞开的，这对传动机构以及车轴保养来说比较不利。

1891年巴特斯又做了另外一项专利改进，主要是利用一种2速变速器将水平气缸和走形部相连的机车。他的这项设计被B型顶点机车采用并成为了核心设计。

3、斯科特专利

查尔斯·D·斯科特最早的设计作为齿轮传动蒸汽机车来说不算非常成功，但是毕竟是他提出了这个款式的蒸汽机车，被抢夺了专利的他将自己的妹夫吉尔伯特和巴特斯告上了法庭，并以自己的名义重新申请了一项专利，这项专利也是在经历了漫长的法律纠纷之后于1892年12月20日发放给他的，由于长时间的打官司让斯科特身无分文，因此他也基本没有从这项发明中获得收益。

斯科特的专利图纸中向人们展示了蒸汽机车、锅炉和双速齿轮箱的布置，对于不带差速器齿轮箱的传动装置则是借鉴了巴特斯的专利。最终斯科特的专利主要被用于了A型顶点机车。1893年，斯科特又提出了一种新的齿轮传动机车，其中锅炉的框架是由铰链和车架相连。锅炉下方的传动装置被固定连接在了一起，有专门的的侧连杆带动。锅炉下方有一台转向架，这台转向架由中心轴驱动，这根中心轴将前转向架的动力通过准双曲面锥齿轮传递给车轮。这种设计首次采用了封闭式传动机构，一方面可以保护齿轮机构另外一方面还可以防止齿轮润滑油被风干。

所有的顶点型机车都是由宾夕法尼亚州科里的顶点制造公司（后更名为顶点机车工厂）。另外在华盛顿州的西雅图还设立一个代理服务机构，在西海岸地区销售和维护机车。1888年开始投产，一直到1928年停产，制造了大约1000到1100台左右。

5、操控性可靠性

很多伐木工人觉得顶点机车在牵引能力和可靠性方面优于夏伊型蒸汽机车，特别是在一些小型机车上，这完全是得力于顶点机车安装了全弹簧转向架，夏伊机车由于动力传动系统侧的转向架上没有弹簧，因此会非常颠簸。不过在一些大型的C型顶点机车来说悬挂系统对于司乘人员来说也比较粗糙，因为大型传动系统到达一定速度之后，悬挂系统也无法缓解机车运行的平稳性问题。

顶点型蒸汽机车一共有3个类型：

（1）A型

A型机车结构并不复杂，核心安装了一个蒸汽机单元，机车中心部位有2台垂直的气缸。A型机车有一个类似平板车一样的车架，司机室和燃料仓类似于木质棚车的形式，以保护司乘人员和燃料不会受到外界的影响。机车蒸汽机单元在前端，装有锅炉，小型机车可能安装的是立式锅炉，而较大的机车则安装了三通锅炉。不过A型顶点机车本身就是轻型机车，一般在自重在17吨以下。不同于夏伊和海斯勒机车，它有一个两速变速箱。

（2）B型

B型机车于1893年开始生产，这类机车看起来更像是传统的蒸汽机车，气缸在锅炉的两侧，这样的结构排布允许B型可以比A型制造的更大更长。机车两台气缸驱动一个横轴，横轴与机车中间的纵向传动轴啮合；早期的B类机车气缸是水平指向前方的，后来则向上倾斜大约30度。B类机车自重一般在17到60吨左右。

（3）C型

C型机车则是三转向架机车，第三台转向架位于机车的煤水车下方。更多的燃料和水可以让机车运行距离大大加长，另外所有的C类机车气缸都是倾斜布置。

澳大利亚保存了两台，一台车号1694，2013年9月8日修复，目前在贝尔格雷福的帕芬比利铁路上运行；另一台车号1653，目前在塔斯马尼亚州的霍巴特展出。

新西兰当年一共进口了7台机车，有4台保存了下来：522号车，保存在托科马鲁；1203号，保存在格雷默斯附近的棚户区遗产公园；1316号，在特阿瓦木图静态修复中；1650号车，在普克米罗保存。

在北美地区，大约留存了17台顶点型蒸汽机车，其中有5台为仍在运行状态：

（1）西弗吉尼亚州的卡斯风景区铁路州立公园保存了一台，车号为9号，该机车处于可运行状态，它和风景区的几台夏伊式蒸汽机车一起在每年的5月到11月牵引风景区旅游列车。

（2）位于新罕布什尔州林肯市93号洲际公路外的白山中央铁路保留了一台6号机车，并将其作为主要机车使用。

（3）位于西弗吉尼亚州杜宾市的杜宾至格林布里尔山谷的铁路上保留着一台顶点机车，该机车牵引“杜宾火箭”号旅游列车。

（4）宾夕法尼亚州科里市的科里历史博物馆在自己的展览室内保存着一台机车，机车停放在一截轨道上，博物馆的开放时间从阵亡将士纪念日（5月最后一个周一）到劳工节（9月的第一个星期一），每周末的14点到16点可以免费进场。

（5）位于斯特拉斯堡的宾夕法尼亚州铁路博物馆展出了一台修复后的机车。和它一起陈列的还有一台夏伊机车和一台海斯勒机车（后文会介绍），这三台机车都已经被修复，不过还是静态保存状态。

（6）加拿大保存了两台，都在不列颠哥伦比亚省邓肯市的BC森林探索中心。其中2号车来自于肖尼根湖木材公司，是一台25吨级的B型机车，1910年出厂，出厂编号1057；山坡木材公司9号车，1915年出厂，是一台50吨级的B级机车，出厂编号1359。

（7）山坡木材公司10号车，是一台70吨级的机车，目前保存在华盛顿州易北河的雷尼尔山风景铁路。机车尚处于封存状态，不过以后可能会开始运转。

（8）北卡罗来纳州森林摇篮（巴尔的摩森林学院）里保存着一台B型机车。

8、机车改造

一些顶点机车，特别是A型机车，在服役后期都被改造成了柴油或者汽油动力，有些机车改造后还是保持了原有的车架和驱动方式。

9、小说作品

在动画电视剧《托马斯与朋友》中，有一台名叫费迪南德的蒸汽机车的原型就是一台C型顶点机车。

三、海斯勒型蒸汽机车

海斯勒型蒸汽机车是三大齿轮蒸汽机车中最后一个型号。是由查尔斯·L·海斯勒于1892年设计并获得专利，早在一年前海斯勒制造了一台原型车，这台车和顶点机车非常相似，两台气缸以45度角向内倾斜，呈一种“V型孪生”排列。然后，气缸产生的动力通过车架中心的纵向驱动轴连接到每台转向架外侧的传动轴上，再由封闭齿轮箱的伞形齿轮驱动转向架之间靠内的车轴，最后再通过连杆驱动靠外侧的车轴组成一种很复杂的传动方式。

1897年，海斯勒获得了三转向架机车的专利，和夏伊机车一样，机车额外增加一组转向架，但是传动装置完全不同，夏伊机车是利用一根贯穿全车的传动轴来驱动，而海斯勒机车是倚靠主动力转向架车轴上的直线驱动轴通过正齿轮于其他转向架相连的方式驱动机车。另外由于构造原因，海斯勒机车可以设计成V形4缸的配置（已经有内燃机的雏形了）。在三大齿轮机车里海斯勒机车的运行速度最高，并且还保留了低速高牵引力。

1、制造商

第一台海斯勒型蒸汽机车是由纽约敦刻尔克的敦刻尔克工程公司制造，在接到海斯勒的设计图纸之前，他们自己也研发了一种敦刻尔克齿轮机车，因此海斯勒的设计没有打动他们，不过后来他们认为海斯勒的设计可以作为一种改进。1894年，宾夕法尼亚州伊利市的斯特恩斯制造公司首先开始生产这款机车，并一直投产到1904年，1907年公司改组为海斯勒机车工厂，开始大规模投入生产，一直到1941年结束。

1943年，新西兰泰晤士河的A&G普莱斯公司从位于霍基提卡的奥美公司锯木厂收到了一份海斯勒机车的订单，他们打算订购一台海斯勒机车，但是由于这款机车1941年就停产了，导致公司无法购买。为了配合订单，制造商重启生产线在1944年制造了148号车，这台机车也是历史上最后一台海斯勒机车，在严格遵循海斯勒设计图的基础上，这台机车额外加装了贝尔派尔消防设备箱和前端水箱，导致该机车具备的独特的外形。

海斯勒机车主要型号为双转向架或者三转向架两种型号，机车自重从17到95短吨左右（15.2至84.8长吨；15.4到86.2公吨）。不过为了配合位于威斯康星州密尔沃基的湖岸石材制品公司的要求，制造商生产了一台窄轨海斯勒机车，这台机车只有一台转向架。

3、现存的海斯勒机车

海斯勒机车产量并不大，一共累计制造625台，其中有35台留存，有8台处于可运行状态。

详情见下表

4、机车优缺点

由于海斯勒机车的传动装置在车架的内部，因此可以受到保护，并不像夏伊机车那样完全暴露在走形部的外侧。但是，正是因为传动轴位于车架中间内部，导致燃烧室空间非常有限。因此当A&G普莱斯在1943年生产机车的时候，他们采用了长型燃烧室，以减少燃烧室带来的空间问题。

四、其他型号的齿轮传动机车

1、哨兵火车工厂制造了一批齿轮式调车机车，机车主要采用了垂直水管锅炉和高速、封闭式蒸汽机车，这种组合提高了锅炉压力降低了传动比，这样在低速的时候可以产生很高的扭矩。

2、达文波特机车工厂，制造了一批带有变速箱的齿轮机车，这批机车使用的开式齿轮，并且走形部装有侧连杆，后来又将开式齿轮改造成封闭式齿轮。这种机车拥有单速或者双速变速器，另外连杆采用了四联或者六联连杆，曲轴由后齿轮箱接入驱动机车。后面又制造了更大的铰接式齿轮机车，这批机车安装了两台四联装齿轮转向架，气缸在内侧，齿轮箱在外侧。这批机车主要用于采石场和伐木场。（不愧是老美，齿轮机车都能做成类似大男孩的铰接式机车，可惜没有图像资料）

3、贝尔机车工厂制造了一批小型工业机车，这批机车采用模块化全封闭的双缸蒸汽马达驱动，传动方式采用齿轮传动。

4、新西兰泰晤士河的A&G普莱斯有限公司制造了很多齿轮传动机车，不过大多数都是顶点机车的A型、B型以及海斯勒机车。不过除此以外他们还生产了一种被称为“16轮车”（轴列式0-4-4-4-4-0）的车型，该车型除了普莱斯公司生产以外还有另外一架约翰逊兄弟公司也在制造。（新西兰人有时候也挺疯狂的）不过普莱斯公司老本行还是生产海斯勒机车，他制造了世界上最后一台海斯勒机车。

5、埃夫林和波特公司制造了一批齿轮机车，不过这批机车早期传动方式是法兰轮和链条，不过后期也开始生产带有直齿轮的版本。

6、阿文赛德发动机公司（费尔利式蒸汽机车生产大户）为纳塔尔的甘蔗种植园生产了少量窄轨齿轮传动蒸汽机车，这批机车设计上和海斯勒比较接近。

7、基特森机车也是一种齿轮机车，不过分为蒸汽版和柴油版两种，曲柄在车架的上方，通过一个固定减速的齿轮组和主传动轴相连。

8、1899年，奥地利弗洛里德斯多夫的维纳·洛科莫迪福法布里克公司生产了一种窄轨齿轮蒸汽机车，主要在阿肯西铁路上运行。

9、有一种被称为“咖啡壶”的立式锅炉机车也是齿轮传动的，不过德温顿机车工厂制造的咖啡壶机车没有采用这种传动方式。