文章作者：Forever Changzhensky（AcFun、Bilibili、百度、微博和知乎昵稱：寧柳跨越）

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閱讀前之提示

• 美國(guó)賓夕法尼亞鐵路公司在本文簡(jiǎn)稱“PRR”⑴；美國(guó)鮑爾溫機(jī)車廠簡(jiǎn)稱“BLW”⑵，利馬機(jī)車廠簡(jiǎn)稱“LLW”⑶，美國(guó)機(jī)車公司簡(jiǎn)稱“ALCO”⑷，美國(guó)通用鋼鐵鑄件公司簡(jiǎn)稱“CSI”⑸。

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資料參考來(lái)源

• 《Million-Pound Iron Horse Is 140 Feet Long》，佚名 著，《Popular Mechanics》1939年6月期，第862頁(yè)~第863頁(yè)

• https://www.steamlocomotive.com/locobase.php?country=USA&wheel=Duplex&railroad=prr

• https://www.steamlocomotive.com/locobase.php?country=USA&wheel=4-8-8-4&railroad=up

• https://oldmachinepress.com/2018/07/05/pennsylvania-railroad-6-4-4-6-s1-locomotive/

• https://locomotive.fandom.com/wiki/Pennsylvania_Railroad_Class_S1

• http://prr.railfan.net/diagrams/PRRdiagrams.html?sel=ste&sz=sm&fr=

• http://www.jitterbuzz.com/stream.html#essone

• http://crestlineprr.com/duplexexperimentals.html#s2

概述

“大引擎”S1-6100號(hào)蒸汽機(jī)車，是PRR配備的1臺(tái)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的“復(fù)式”傳動(dòng)蒸汽機(jī)車，旨在展示BLW首席工程師Ralph P. Johnson所支持的“復(fù)式”傳動(dòng)蒸汽機(jī)車的優(yōu)勢(shì)。帶有藝術(shù)裝飾的S1-6100號(hào)機(jī)車流線型整流罩，由工業(yè)設(shè)計(jì)師Raymond Loewy設(shè)計(jì)。

S1-6100號(hào)機(jī)車具有獨(dú)特的6-4-4-6機(jī)車輪式，這意味著它有2對(duì)氣缸，每對(duì)氣缸驅(qū)動(dòng)2對(duì)驅(qū)動(dòng)輪。為了在以超過(guò)160.93 km/h的速度牽引快速旅客列車時(shí)保證穩(wěn)定性，S1-6100號(hào)機(jī)車未使用鉸接，而是采用單副剛性框架。S1-6100號(hào)機(jī)車于1939年1月31日在PRR阿爾圖納工廠完成制造。

S1-6100號(hào)機(jī)車加上煤水車，總長(zhǎng)42740 mm，是有史以來(lái)最長(zhǎng)的“復(fù)式”傳動(dòng)蒸汽機(jī)車；它還擁有最重的煤水車（205 t）、最高的牽引力（339.86 kN）、直徑最大的動(dòng)輪（2134 mm），以及每組3對(duì)軸設(shè)計(jì)的導(dǎo)輪組和從輪組。

研制背景

1913年，PRR動(dòng)力總管J.T.Wallis與首席機(jī)械工程師Alfred Wolcott Gibbs和Axel S.Vogt設(shè)計(jì)出使用相同設(shè)計(jì)鍋爐以及許多其他機(jī)械部件的L1s型和K4型蒸汽機(jī)車，這意味著PRR有999臺(tái)幾乎相同的機(jī)車。但從20世紀(jì)30年代中期開(kāi)始，K4s型機(jī)車的動(dòng)力不足以應(yīng)對(duì)越來(lái)越重的客運(yùn)列車，因此它們通常是雙機(jī)甚至三機(jī)連掛牽引，盡管有效，但需要數(shù)個(gè)乘務(wù)組，成本也隨之上漲。

1936年6月，PRR領(lǐng)導(dǎo)層就決定建造一款新的干線客運(yùn)蒸汽機(jī)車來(lái)取代其老化的K4s型蒸汽機(jī)車。他們還希望這款新型蒸汽機(jī)車具有與GG1型電力機(jī)車相當(dāng)?shù)男阅埽⑶夷軌蛞?60.93 km/h的速度牽引重量為1000 t的旅客列車。

BLW領(lǐng)導(dǎo)層與PRR領(lǐng)導(dǎo)層舉行了一次會(huì)議，PRR要求新型蒸汽機(jī)車在賓夕法尼亞州保利—伊利諾伊州芝加哥區(qū)段上以160.93 km/h的速度牽引牽引15節(jié)客車車廂。BLW展示了為其他鐵路運(yùn)營(yíng)商制造的幾種4-8-4“北方”輪式和4-4-4-4輪式設(shè)計(jì)。

然而，PRR拒絕了“北方”輪式設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)而采用單副剛性框架“復(fù)式”傳動(dòng)設(shè)計(jì)，并要求BLW考慮4-4-6-4輪式設(shè)計(jì)。1936年7月，PRR要求BLW提交一款能夠在Colehour——新澤西州哈西姆斯灣區(qū)段牽引2000 t重的列車的“北方”輪式蒸汽機(jī)車的設(shè)計(jì)方案。

2個(gè)月后，BLW向PRR展示了4種蒸汽機(jī)車設(shè)計(jì)：

1. 4-4-4-4輪式客運(yùn)機(jī)車，可牽引1200 t重的列車，但超出了現(xiàn)有的重量和限界限制；

2. 4-4-4-6輪式客運(yùn)機(jī)車，同樣可牽引1200 t重的列車，但也超出了現(xiàn)有的重量和限界限制；

3. 4-8-4輪式貨運(yùn)機(jī)車，動(dòng)輪重量與M1a型機(jī)車相同，但達(dá)不到牽引2000 t重的列車的要求；

4. 4-6-6-4鉸接式輪式機(jī)車

PRR更喜歡4-4-4-4輪式并要求BLW考慮設(shè)計(jì)帶有2032 mm直徑動(dòng)輪的客運(yùn)蒸汽機(jī)車，以及帶有1829 mm直徑動(dòng)輪的貨運(yùn)蒸汽機(jī)車。然而，PRR和鮑德溫在沒(méi)有簽署任何協(xié)議或合同的情況下，進(jìn)行的新型高速“復(fù)式”傳動(dòng)蒸汽機(jī)車合作研發(fā)并不順利。

1937年4月，PRR結(jié)束了對(duì)BLW的咨詢，并根據(jù)聯(lián)合合同將任務(wù)分配給了BLW、ALCO和LLW組成的財(cái)團(tuán)。同年4月28日，PRR董事會(huì)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)性高速客運(yùn)蒸汽機(jī)車項(xiàng)目批準(zhǔn)了 300000美元預(yù)算。設(shè)計(jì)從4-4-4-4輪式“復(fù)式”傳動(dòng)開(kāi)始。

1937年6月2日，PRR正式宣布開(kāi)發(fā)“賓夕法尼亞”型高速客運(yùn)機(jī)車，該機(jī)車將定型為S1型。 PRR在討論并確定了各種細(xì)節(jié)后，對(duì)機(jī)車設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，從而大大增加了機(jī)車的重量。當(dāng)計(jì)劃最終確定并獲得批準(zhǔn)時(shí)，機(jī)車輪式已修改為6-4-4-6。

設(shè)計(jì)概況

S1-6100號(hào)機(jī)車是有史以來(lái)制造的最大的干線客運(yùn)蒸汽機(jī)車，制造成本為669780.00美元，相當(dāng)于今天的12461433美元；而T1-6111號(hào)機(jī)車的制造成本僅為310676美元。

S1-6100號(hào)機(jī)車鍋爐是PRR制造的最大的鍋爐，具有面積為61 m2的大型A.J.Belpaire式平頂火箱、219根直徑為57 mm的小煙管，和69根直徑為57 mm的大煙管。S1-6100號(hào)機(jī)車的總受熱面積為719.89 m2，是UP配備的4-8-8-4鉸接輪式“大男孩”4000型蒸汽機(jī)車鍋爐總受熱面積的90%。在牽引力方面，S1-6100號(hào)機(jī)車比“大男孩”強(qiáng)13%，分別為7200 hp（5295.59 kW）和6345 hp（4666.74 kW）。

GSC為S1型機(jī)車制造的單副鑄鋼剛性框架是有史以來(lái)最大的機(jī)車單副鑄鋼剛性框架。對(duì)于S1-6100號(hào)機(jī)車而言，機(jī)車4對(duì)動(dòng)輪分為2組動(dòng)輪，每組動(dòng)輪由2個(gè)小尺寸氣缸和高效大汽門帶動(dòng)，這樣一來(lái)就分?jǐn)偭藱C(jī)車輸出功率，提高汽缸效率，還減輕了汽缸和連桿之間以及動(dòng)輪之間的聯(lián)結(jié)部件負(fù)荷。 .

為了適應(yīng)小半徑曲線，S1-6100號(hào)機(jī)車的第一組動(dòng)輪和第三組動(dòng)輪上配備了ALCO制造的橫向運(yùn)動(dòng)裝置，允許動(dòng)軸產(chǎn)生57.2 mm的橫向游隙，但事實(shí)證明這些是不夠的。與PRR的Q1-6130號(hào)機(jī)車等其他“復(fù)式”傳動(dòng)蒸汽機(jī)車不同的是，S1-6100號(hào)機(jī)車沒(méi)有采用無(wú)輪緣動(dòng)輪。

在1939年紐約世界博覽會(huì)上的展示

S1-6100號(hào)機(jī)車制造出廠后，以“美國(guó)鐵路”之名⑹，參加了于1939年4月30日~10月31日和1940年5月11日~10月27日在美國(guó)紐約市皇后區(qū)法拉盛草原可樂(lè)娜公園舉行的1939年紐約世界博覽會(huì)。在博覽會(huì)上，S1-6100號(hào)機(jī)車動(dòng)輪在機(jī)車本身的蒸汽動(dòng)力下，以97 km/h的速度在滾動(dòng)平臺(tái)上連續(xù)運(yùn)行。它最初積累的80467.2 km運(yùn)行里程，就是從博覽會(huì)現(xiàn)場(chǎng)展示中積累的。

1939年11月~1940年4月間，S1-6100號(hào)機(jī)車返回PRR進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試以及牽引旅客列車。作為紐約世界博覽會(huì)最重要的展品之一，S1-6100號(hào)機(jī)車被PRR用于各種宣傳，其形象出現(xiàn)在日歷、郵票、廣告、小冊(cè)子、拼圖等宣傳品中。《Popular Mechanics》1939年6月期刊載的《Million-Pound Iron Horse Is 140 Feet Long》一文，更是將S1-6100號(hào)機(jī)車描述為“美國(guó)鐵路的驕傲”。

運(yùn)用

S1-6100號(hào)機(jī)車從1940年12月開(kāi)始，在伊利諾伊州芝加哥—賓夕法尼亞州匹茲堡區(qū)段牽引客運(yùn)列車。但由于機(jī)車重量太大，而PRR大部分線路無(wú)法承受過(guò)重的機(jī)車重量，它最終被限制運(yùn)用于長(zhǎng)為446 km的伊利諾伊州芝加哥—俄亥俄州克雷斯特萊恩區(qū)段，配屬于韋恩堡分部克雷斯特萊恩機(jī)務(wù)段。

特拉華州哈格利圖書(shū)館收藏的一份發(fā)表于1941年8月的PRR月度報(bào)告記載，S1-6100號(hào)機(jī)車每月的行駛里程為16718 km，相當(dāng)于在芝加哥—克雷斯特萊恩區(qū)段往返20次。與K4s型機(jī)車的9656~12874 km月平均里程相比，S1-6100號(hào)機(jī)車的月行駛里程數(shù)對(duì)于實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)可謂是非常驚人。S1-6100號(hào)機(jī)車幫助PRR處理了二戰(zhàn)結(jié)束前極度繁忙的戰(zhàn)時(shí)交通，并在一年內(nèi)還清自身的高額制造成本。

盡管PRR將S1-6100號(hào)機(jī)車的最高運(yùn)行速度限定為193 km/h，但有未經(jīng)證實(shí)的說(shuō)法稱S1-6100號(hào)機(jī)車在芝加哥—韋恩堡區(qū)段以最高251 km/h的速度運(yùn)行。

問(wèn)題

然而，S1-6100號(hào)機(jī)車一半以上的重量是由巨大的導(dǎo)輪組和從輪組承擔(dān)。這使得兩組動(dòng)輪組容易發(fā)生空轉(zhuǎn)。但是，在S1-6100號(hào)機(jī)車5年半的運(yùn)用歷史中，沒(méi)有發(fā)生過(guò)因車輪空轉(zhuǎn)造成的嚴(yán)重事故。為了增加黏著力并提高性能，PRR擴(kuò)大了S1-6100號(hào)機(jī)車的砂箱，保證了砂的供應(yīng)，并略微增加了動(dòng)輪組的軸重，以及微調(diào)導(dǎo)輪組和從輪組的懸掛彈簧，以調(diào)整整體重量分布，實(shí)現(xiàn)更好的性能。

除了重量問(wèn)題外，S1-6100號(hào)機(jī)車的單副剛性框架，以及彎道兼容性不強(qiáng)的走行部，導(dǎo)致 它無(wú)法用于其預(yù)期的長(zhǎng)途快車牽引服務(wù)。事實(shí)上早在1941年8月，PRR西部地區(qū)副總裁James Miller Symes⑺批準(zhǔn)擴(kuò)建克雷斯特萊恩機(jī)務(wù)段圓形車庫(kù)的30號(hào)車位以容納S1-6100號(hào)機(jī)車，因?yàn)樗荒芙柚蔷€換向，不能在轉(zhuǎn)盤上換向。

退役

1946年5月5日上午8:59，S1-6100號(hào)機(jī)車牽引列車前往芝加哥，這次運(yùn)行是其最后一次運(yùn)行。1949年，S1-6100號(hào)機(jī)車被報(bào)廢拆解，未能留存下來(lái)。

事實(shí)上，當(dāng)S1-6100號(hào)機(jī)車尚在紐約世界博覽會(huì)上展示時(shí)，PRR于1940年6月26日以每臺(tái)60多萬(wàn)美元的價(jià)格，從BLW訂購(gòu)了2臺(tái)T1型蒸汽機(jī)車，后來(lái)又于1944年末從本家阿爾圖納工廠和BLW采購(gòu)50臺(tái)T1型機(jī)車。

與裝用Franklin A型擺動(dòng)凸輪汽門引起問(wèn)題的T1型機(jī)車不同的是，S1-6100號(hào)機(jī)車沒(méi)有安裝任何形式的旋轉(zhuǎn)凸輪汽門，盡管在其制造時(shí)有人提議安裝Franklin B型旋轉(zhuǎn)凸輪汽門，但最終因技術(shù)困難而被PRR領(lǐng)導(dǎo)層否決。這一否決出人意料地讓S1-6100號(hào)機(jī)車反而避免了許多由Franklin B型旋轉(zhuǎn)凸輪汽門引起的麻煩。

具有諷刺意味的是，S1-6100號(hào)機(jī)車的總服役年數(shù)或總服役里程，比其一些年輕的“復(fù)式”傳動(dòng)機(jī)車略長(zhǎng)。

技術(shù)數(shù)據(jù)表

注釋

⑴英語(yǔ)：Pennsylvania Railroad。

⑵英語(yǔ)：Baldwin Locomotive Works。

⑶英語(yǔ)：Lima Locomotive Works。

⑷英語(yǔ)：American Locomotive Company。

⑸英語(yǔ)：General Steel Castings。

⑹當(dāng)時(shí)包括PRR在內(nèi)的27家美國(guó)東部鐵路運(yùn)營(yíng)商，在博覽會(huì)上有一個(gè)占地69000 m2的展覽。

⑺（1897年7月8日~1976年8月3日），1954年~1959年間出任PRR第13任總裁。

完稿時(shí)間：2021年8月7日

發(fā)表時(shí)間：2021年8月8日