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背景介绍：

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Shay蒸汽机车，它的发明者Ephraim Shay是位美国工程师，他在1870年代美国南北战争时期加入北军，并在密西根州开垦森林。战争结束后Ephraim Shay在密西根州铺设伐木铁道，而他的林场用机械，都是向创立于1869年俄亥俄州的Lima公司购买。他发现一般往复式汽缸的火车，并不适合轨道路线弯曲，时走时停的森林铁道中行驶。于是他经过五年的研究改良，在1878年发明了「直立式汽缸」与齿轮结构传动，并命名为Shay，于1881年正式取得专利，并将它卖给专门生产林业用机械的Lima公司。

直立式汽缸(Cylinder Vertical Engine)，是指火车汽缸中的活塞以垂直的方向运动，带动曲柄，以伞型齿轮带动车轮，它的优点是可以行驶在不平整的轨道，曲率半径极小又弯又陡的路线上，对于路线标准较差的森林铁道十分适合。伞型齿轮的减速作用增大了扭矩，使火车在坡度路段停车时亦不致下滑，爬坡力强这是它的优点。

于是从1892年4月12日开始，莱玛公司(Lima Locomotive & Machine Co.)开始生产这种直立式汽缸，称之为Shay齿轮式火车(Geared Locomotive)，这种火车一经问世便受到美国伐木业极大的欢迎。 1880年第一部Shay诞生之后订单不断，1893年更在万国博览会上声名大噪，收到许多海外的订单，Shay从此成为这种特殊火车的代名词。

Lima公司生产的Shay，从最小的10吨到最大的150吨共有17种型式；轨距从轻便窄轨762毫米，到标准轨1435毫米皆可使用。尽管他们的大小不同，对轨道的弯度和坡度适应力，丝毫不打折扣。尤其直立式汽缸联动两侧伞型齿轮的伸缩杆，可依轨道弯度自动伸缩，这种行驶弯道的能力，除了Climax与Heisler另外两款齿轮式火车，世界上没有任何蒸汽机车的地形适应力，可与Shay相提并论。

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