201112092340阿里山的蒸汽機車 Shay永恆的魅力

日本大井川鐵道造訪北門 - 台灣阿里山森林鐵道

阿里山鐵路一百週年紀念文章之6

阿里山的蒸汽機車   Shay永恆的魅力    

 

    現今阿里山森林鐵路的火車之中,Shay Geared Locomotive「直立式汽缸齒輪式」蒸汽火車,一直保有它迷人獨特的魅力。從阿里山森林鐵路施工時期開始,Shay一直扮演著阿里山運輸的重要角色。雖然它只是為伐木而生產的齒輪式火車,並且曾經退休多年,然而它的吸引力,始終成為眾多觀光客的矚目焦點。 

    1910年阿里山作業所成立,除了採購平地段的火車之外,也同時積極採購登山用的蒸汽機車。最重要的是蒸汽機車爬坡力的提升,以應付日益升高的山地修築工事,於是,美國Lima公司的Shay登山用機車,再度雀屏中選。19108月購入的二汽缸型18Shay,正式編為11號,直到19131月,一共買進了八輛,編號11-18號。這批機車在阿里山鐵道後續修築的二年歲月中,肩負起重責大任。不過在1912年通車以後,由於爬坡力受限,改行駛於平地段,或坡度較平緩的林場線。 

    1912年民國元年,阿里山鐵道之字形路段已經進行開闢,由於二萬平至神木間,高達千分之六十六點七的陡坡,原有18噸的Shay蒸汽機車,已經難以負荷。於是阿里山作業所在19127月,從美國Lima公司正式引進三汽缸型28Shay,進行測試成效良好,並編為21號。隨後在1912年年底通車之後,為了登山本線伐木運輸下山的需求,28Shay陸續購進,直到191711月最後一部32號購入為止,編號21-32號有十二部之多。這前前後後多達二十部,Shay蒸汽機車奔馳在台灣的阿里山,在往後的六十年歲月裡,為阿里山鐵道寫下光輝燦爛的歷史。  

    究竟Shay有何如此驚人的魅力?原來在它特殊設計的「直立式汽缸」,是全球蒸汽機車族群非常少見的。 所謂直立式汽缸(Cylinder Vertical Engine),是指火車汽缸中的活塞以垂直的方向運動,帶動曲柄(Crank)轉動滾軸(Shaft),以傘型齒輪帶動車輪,它的優點是可以行駛在不平整的軌道(rough track),曲率半徑極小又彎又陡(sharp curve and steep grade)的路線上,對於路線標準較差的森林鐵道十分適合。

   

尤其是Shay蒸汽機車,裝置傘型齒輪的減速作用(gear's reduction),使火車在坡度路段停車時亦不致下滑,爬坡力強這是它的優點。然而,缺點也是因為傘型齒輪的減速作用,曲柄本身的直徑很小,又經過齒輪減速後傳動,即使活塞全速運轉,火車怎樣也快不起來。所以過去1960年代,阿里山蒸汽火車登山時,最快只有時速11公里,無怪乎連人跑步都追得上,速度實在是慢得可愛!

Shay蒸汽機車它的發明者與歷史

    Shay蒸汽機車,它的發明者Ephraim Shay是位美國工程師,他在1870年代美國南北戰爭時期加入北軍,並在密西根州開墾森林。戰爭結束後Ephraim Shay在密西根州舖設伐木鐵道,而他的林場用機械,都是向創立於1869年俄亥俄州的Lima公司購買。他發現一般往復式汽缸的火車,並不適合軌道路線彎曲,時走時停的森林鐵道中行駛。於是他經過五年的研究改良,在1878年發明了「直立式汽缸」與齒輪結構傳動,並命名為Shay,於1881年正式取得專利,並將它賣給專門生產林業用機械的Lima公司。

 於是從1892412開始,萊瑪公司( Lima Locomotive & Machine Co.)開始生產這種直立式汽缸,稱之為Shay齒輪式火車(Geared Locomotive),沒想到這種火車,立刻受到美國伐木業者極大的歡迎。1880年第一部Shay誕生之後訂單不斷,1893年更在萬國博覽會上聲名大噪,收到許多海外的訂單,Shay從此成為這種特殊火車的代名詞。

    而美國Lima公司生產的Shay,從最小的10噸,到最大的150噸共有17種型式;軌距從輕便窄軌762公厘,到標準軌1435公厘皆可使用。儘管他們的大小不同,對軌道的彎度和坡度適應力,絲毫不打折扣。尤其直立式汽缸聯動兩側傘型齒輪的伸縮桿(flexible jonits),可依軌道彎度自動伸縮,這種行駛彎道的能力,除了ClimaxHeisler另外兩款齒輪式火車,世界上沒有任何蒸汽機車的地形適應力,可與Shay相提並論。

Shay蒸汽機車它的種類與命運

    早期的Shay其原始設計,並非如今日所見的技術成熟。1900年之後Lima公司漸漸改良,其營運使用者也愈來愈多,伐木業者使用也日益普及。從1904年至1913Lima的全盛時期,十年內共建造了一千三百八十九輛之多,更開發出有Class ABCD四種型式。

全球「直立式」汽缸蒸汽機車Shay的統計表

 

 

製造數目

Class A

2-cylinders/2-trucks

687

阿里山18噸級Shay

Special

2-cylinders/3-trucks

2

 

Class B

3-cylinders/2-trucks

1,478

阿里山28噸級Shay

Class C

3-cylinders/3-trucks

582

 

Class D

3-cylinders/4-trucks

20

 

 

資料來源:http://www.shaylocomotives.com/ 作者重新整理

     往後由於1912年起,過熱式機車發明,蒸汽火車效率大幅提高,1920年代之後,柴油機車發明,馬力超越現有的蒸汽機車,Shay逐漸失去它獨特的占有地位而逐步沒落。一直到1945年停產為止,萊瑪公司(改為Lima Locomotive Works, Inc.)共生產了二千七百六十八輛,當然也包括了台灣阿里山鐵道的二十一輛在內。而台灣只使用Class AClassB兩種型式,卻因為阿里山鐵路為762mm軌距,使得台灣阿里山鐵路,意外成為全球唯一762mm軌距Shay的保存國度。

    儘管Shay這型蒸汽機車曾經風光一時,究竟難逃時代進步與淘汰的命運。尤其在二次大戰後,全世界鐵路柴油化與電氣化趨勢,鐵路不敵公路與航空競爭而蕭條,Lima公司也隨之關廠。然而,最為可敬可佩的是,台灣阿里山鐵路北門修理工廠,在沒有原廠零件補充下,「自行開模」翻製零件,就這樣使Shay在沒有原廠供貨零件之下,從1910年一直活躍至1984年眠月線停用後才開始退休,前後將近七十餘年的歲月。尤其在1960年代,阿里山鐵道,成為亞洲最後一批Shay的使用國度,加上阿里山鐵道神木、雲海等優美風光,也讓阿里山鐵道聲名遠播。

18噸與28Shay火車之比較

    基本上,今日阿里山鐵路共有兩種Shay的蒸汽機車型式,一種是18噸級Shay1910-1912年生產,專門用於平地段與阿里山的林場線,目前仍等待修復;另一種是28噸級Shay1912-1917年生產,專門用於登山路段,已經修復252631號三部。25,26號蒸汽機車配屬嘉義北門車庫,31號蒸汽機車配屬阿里山車庫,是當前阿里山鐵路觀光列車的重要主角,目前總數共有十六部。

    昔日奮起湖車站的28噸Shay蒸汽火車。(松本謙一 攝  1968年)

    在阿里山的蒸汽火車族群中,28Shay是一般人比較熟悉的。不論是民國五年代推普通車上山的蒸汽火車,或是民國七年代,眠月線上令人印象深刻的3132號,乃至於民國八十八年蒸汽火車開始復活的26號,都是屬於28Shay。這種Shay過去主要行駛於竹崎至阿里山的登山路段。

阿里山鐵路蒸汽火車Shay與羅東林鐵客車 - 台灣阿里山森林鐵道

    今日嘉義北門車庫園區,18噸Shay蒸汽火車

    至於18噸的Shay,過去主要行駛於阿里山林場線和平地段,在民國六年代末期,隨著15號及16號功成身退,從嘉義至竹崎間已經再也見不到這種蒸汽火車。民國七十四年起,阿里山上18噸的Shay12號、17號和18號正式引退,所以年輕的一代較少留下印象。
   
就外形而言,28Shay18Shay的主要差別,在於前者有三個直立式汽缸,它的馬力較多。後者只有二個直立式汽缸,馬力較小。就特徵而言,28Shay編號21號至32號,其煙囟為圓筒型,後方還有給水預熱器。18Shay編號從12號至18號,其煙囟為鑽石型。此外,阿里山28Shay的蒸汽空氣壓縮機(Air Compressor)和煞車空氣儲氣槽(Air Drum)同位於右側,18Shay則分列於左右兩側保持平衡。如此差異的原因,可能與後者車體較小有關。

 

奮起湖 SL26 - 台灣阿里山森林鐵道

26號老火車復活  首開復駛先河

    199869,台鐵復駛第一部蒸汽機車CK101,當時轟動國際媒體,整個社會對於蒸汽機車復駛,有很高的評價。於是在整個社會的氛圍已經逐漸成熟之下,林務局立即於同年年底,著手修復狀況較佳的26號蒸汽機車。1999年配合嘉義市文化局於舉辦「森林鐵道傳奇」活動,22726號蒸汽火車在北門站宣告正式復活。這是台灣輕便鐵道在1990年代,全面停駛蒸汽機車之後,首度復駛的蒸汽機車,也是台灣第一部的762mm軌距蒸汽機車復駛。蒸汽機車仍維持燃煤鍋爐方式,美規的右側駕駛座,與台灣多數日本蒸汽機車左側駕駛不同。

    26號蒸汽機車不止是最早復活的一部,也是現今阿里山復駛機車族群的中,唯一仍使用「燃煤鍋爐」的蒸汽機車。由於燃煤的蒸汽機車有環保的問題,因此在2004年以後,除非有特殊節慶活動等情形,例如大井川鐵路姐妹鐵道來訪,否則很少看到它生火的活動。儘管如此,26號蒸汽機車無論是否仍有活動,它的首度復駛,已經建立起不朽的里程碑。

春天櫻花季的阿里山蒸汽火車 - 台灣阿里山森林鐵道

31號老火車復活  重油鍋爐改造

    2004年起,阿里山鐵路以31號蒸汽機車進行實驗,捨棄原始燃煤鍋爐的方式,由潭子的仕佳興業負責製造新的重油鍋爐,並進行若干大幅度的改造。當時,31號在許多都登山路段,進行爬坡力測試,確認31號蒸汽機車的推力,絕對可以自力登山。這是屬於台灣輕便鐵道的一項成就,卻是在Lima原廠關廠之後才發生,改寫了美國Shay蒸汽機車的發展歷史。  

    2005年元月1日,31號蒸汽機車正式成功復駛之後,不止是蒸汽機車復駛,2005年底啟用的台灣檜木車廂,則以蒸汽火車搭配檜木車廂營運,創造懷舊氣息濃郁的森林鐵道風情。目前阿里山蒸汽機車31號配屬阿里山車庫,31號蒸汽機車以行駛阿里山支線居多,包含神木線、水山線、眠月線、祝山線,是阿里山鐵道花季,觀光客相機獵取的主角,未來更將用於恢復營運的水山線與眠月線,堪稱是阿里山鐵道火車的目光焦點。

25號老火車復活  平地段的主角

    有鑒於26號燃煤的蒸汽機車,有環保問題難以運用的困擾,於是在2005年,林務局選擇在嘉義北門的25號蒸汽機車,由仕佳興業比照31號的模式,進行大幅度的改造。2006915,搭配當時「鹿麻產」木造車站啟用等活動,25號牽引檜木車廂開始營運,是阿里山鐵路復駛的第三部Shay蒸汽機車。為了符合環保的要求,25號蒸汽機車直接改裝重油鍋爐,在後方水櫃下方,可以明顯看到加油口與油箱,尾端的傘型齒輪還裝置速度計,這是Shay的原始設計所沒有的。

    25號蒸汽機車在運用角色上,有取代26號的用途,目前配屬嘉義北門車庫,經常使用於嘉義至竹崎平地段,以及低海拔的登山路段。在阿里山鐵路尚未民營化之前,2007715,曾經擔負嘉義至竹崎間,例假日蒸汽火車牽引檜木車廂定期營運,直到20083月底才停駛。寫下台灣二十一世紀,阿里山鐵路蒸汽機車「定期」客運的歷史記錄。

 

但願披露這些資訊與知識,能夠建立大家正確的觀念,

以及對阿里山鐵路的關懷與重視。

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這三本政府出版品   

2012年中旬由農委會林務局發行 

 

為阿里山森林鐵路百週年紀念專書 (官方文獻 非賣品)

在阿里山鐵路邁向百年之際   獻文與國人共同分享  盼關懷阿里山

本文節錄自  2012年  [阿里山森林鐵路百年車輛史]   蘇昭旭 著

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現任國立高雄餐旅大學航空暨運輸管理系 專技助理教授

NGO非營利組織 交通科學技術博物館館長

以推廣鐵道文化為己任  

推動科普教育為終身職志 

環遊世界鐵道旅行48國 

相關專業著作共四十一冊

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