費爾利式蒸汽機車是一種外觀很神奇的鉸接式蒸汽機車，其動輪通過一個轉向架連接在車體上，費爾利機車分為雙端式或者單端式兩種。其中威爾士的菲斯蒂尼奧格鐵路上的這款機車用的較多。

費爾利式蒸汽機車雖然是蒸汽機車，但是在它身上看到了很多先進的概念，該機車的很多形式一直到現代世界上大多數的内燃機車和電力機車依然還在采用，例如雙轉向架，全軸驅動等等。該機車也是世界上第一台提出雙端構造的機車。

一、概念的提出

這種機車的概念要比馬萊和加來特機車早了很多年，1864年，蘇格蘭工程師羅伯特·弗朗西斯·費爾利發明了這種機車并獲得了專利。費爾利的頭腦很先進，他認為傳統的蒸汽機車構造有很大的缺陷，它們把很多重量都浪費在了沒有動力的車輪上（例如導輪、從輪、煤水車輪），而機車的牽引力很大限度和動輪的配重（軸重）有一定關系，但是由于很多無動力車輪分攤了質量導緻了動輪的軸重下降。而且傳統的蒸汽機車還分有前端和後端，需要借助三角線或者轉盤才能調頭。但是費爾利式機車就可以避免這個問題，首先，機車設計成雙端式鍋爐，中間共用一個燃燒室，兩端各有一個煙筒，機車資深攜帶燃料和水不單獨設置煤水車，這樣全車的重量就分攤在了每一組動輪上。這個獨特的設計并不是費爾利最早提出來的，在他之前的1851年，一位叫約翰·科克瑞爾提出過一個叫塞拉靈機車的模型設計，并進行了模拟實驗。

二、樣車下線

第一台費爾利蒸汽機車制造于1865年，是由詹姆斯·克羅斯公司為尼斯和布雷肯鐵路公司生産制造。然而，由于兩端鍋爐共用了一個燃燒室，通風不均導緻了大部分熱氣流向了一端的鍋爐，而另一半則受熱不良，導緻機車效率低下。因此第一台為菲斯蒂尼奧格鐵路制造的費爾利“小汪德”機車兩端鍋爐采用了各自獨立的燃燒室。

機車司機室采用了雙端設計，其中司機在一端，副司機在另外一端，火箱将他們從中間隔開。兩個轉向架的動輪由位于燃燒室中心上方的節流閥來控制，蒸汽制動閥位于其中一端。機車由兩台轉向架支撐，小型機車使用雙軸轉向架，大型機車采用三軸轉向架，氣缸位于機車兩端外側，車鈎以及緩沖裝置和轉向架相連而不是安裝在機車車架上，以便機車順利通過曲線。

早期機車的輸送高壓蒸汽機車管道使用内襯盤繞銅絲的軟管，但是使用一段時間之後管道就會斷裂。後來機車采用了剛性輸送管，由金屬管和球形接頭來保證管道必要的柔性，這種接頭類似實驗室玻璃器皿中使用的接頭。燃料和水裝載在機車鍋爐兩側的水櫃裡，下面是水上面是燃料。

憑借的在菲斯蒂尼奧格上那台小汪德号的成功，費爾利在1970年2月向世界各地的鐵路代表團展示了這台機車，并将這項發明（窄軌鐵路設計）推向了世界各地。費爾利機車銷往英國各殖民地，俄羅斯帝國甚至還有早期的美國。

三、實際運用

1879年，西澳大利亞在傑拉爾頓到北安普頓的政府鐵路上試運行費爾利機車，一般采用雙機到四機重聯方式牽引，但是沒有取得太大的成功。費爾利機車真正大放異彩的國家除了本土的菲斯蒂尼奧格鐵路以外還有墨西哥、新西蘭和俄羅斯的外高加索鐵路。

1、威爾士

1869年，費爾利的公司制造了第一台機車，就是前文提到的小汪德号，該機車在菲斯蒂尼奧格鐵路上服役，該鐵路軸距為1英尺11又1/2英寸（597mm），費爾利的設計讓該機車的燃燒室和排渣器大小不會受到軌道軌距的限制，隻會受到軸重的限制，這也是機車的成功所在。因此菲斯蒂尼奧格鐵路公司從費爾利那裡取得了永久許可證，可以不受限制地使用他的機車，并從中獲取利潤。菲斯蒂尼奧格鐵路公司曾經有6台費爾利機車服役，其中有兩台機車甚至一直服役到了2020年，有一台在國家鐵路博物館展出。另外預計在2021年第七台機車将投入使用，該機車被命名為詹姆斯斯普鈉二世，由波士頓洛奇工廠制造。

2、美國

第一台銷往美國的機車是在1872年訂購，當時丹佛和瑞奧格蘭德鐵路公司剛剛成立，機車被該公司命名為登山者。不過這台機車也是一台四軸機車，軸列式為0-4-4-0T。在此基礎上根據鐵路機車運用的經驗，該鐵路公司提出了機車上的一些不足之處并做出了一系列的改進。為此馬薩諸塞州陶頓市的梅森機械廠至少制造了一台以上的軸列為0-6-6-0T的大型費爾利機車。

3、加拿大

19世紀70年代初，布裡斯托爾的阿文賽德工廠制造了5台窄軌費爾利機車，供加拿大鐵路公司使用。

其中多倫多和尼皮辛鐵路公司從1871年開始使用該機車，鐵路公司采用了1067mm的三六軌距，一直到1883年，公司将線路改造成了1435mm準軌後停用。

安大略省的多倫多、格雷和布魯斯鐵路公司也在1872年開始交付1067mm軌距的費爾利機車。

從1872年到1902年，布裡斯托爾的阿文賽德公司還制造了3台3英寸軌距（914mm）的窄軌費爾利機車，主要用于悉尼（這個悉尼是加拿大新斯科舍省東部的一個城市，并非澳大利亞悉尼）和城市儲備煤礦之間的鐵路牽引煤炭列車。其中赫伯·麥克唐納編寫的《布列頓角鐵路：圖解曆史》（布列頓角大學出版社，2012年出版）一書内有過關于費爾利機車描寫:“1903年初的一份鐵路行業雜志指出，一批舊的機車在保護區附近被拆解，将作為垃圾處理掉。拆解機車的工作人員說，這是他們做過最困難的工作，因為機車制造的非常堅固，大多數零件都是鍛造制成。”

4、墨西哥

墨西哥鐵路公司（FCM）在墨西哥城到維拉克魯茲之間的山區鐵路上投入了49台軸列為0-6-6-0T的重型機車，這批機車自重125短噸（112長噸），均從英國進口。這批機車算是費爾利系列裡最大牽引力最強的一批機車，進入到20世紀20年該線路電氣化改造，這批費爾利機車和9F型機車都留下了令人深刻的印象。

5、愛爾蘭

愛爾蘭主要在大西南鐵路上投入了兩台單端式費爾利，沒有其他資料記載。

6、新西蘭

新西蘭訂購了4種型号的費爾利機車，分别是R型和S型的單端費爾利以及B型和E型的雙端費爾利機車。這批機車訂購于1870年，主要投入到國家偉大公共工程計劃中修建的1067mm軌距鐵路。1891年有3台S型機車被賣給了西澳大利亞鐵路公司。

7、俄羅斯

俄羅斯在1871年首次引入費爾利機車，并投入到坦波夫到薩拉托夫的鐵路上使用，1872年機車開始在外高加索鐵路的蘇拉米山口服役，這批機車也是0-6-6-0T的軸列式。第一批機車由英國的阿文賽德機車公司、約克郡機車公司和夏普圖爾特公司制造。第二批機車由德國工廠在1879年制造，一批是由科洛姆納工廠在1884年制造。最大的一台機車自重90噸，燃料采用了燃油而不是煤炭。1912年，俄羅斯把這一批機車全部歸類為F型蒸汽機車，一直到1934年，蘇拉米山口電氣化改造，這批機車淘汰退役。

8、印度和緬甸

1879年，奧德賽文制造了25台雙端費爾利機車，計劃投入到第三次英阿戰争。1880年，這一計劃被取消，但是已經有17台機車下線了，因此這批機車由印度國營鐵路公司購買，不過有一台在運往印度的途中落入海中丢失。剩下的機車計劃投入在伯蘭關鐵路上服役，但是由于一些問題沒有成功，1887年機車進入封存狀态。1896年10台機車被送往緬甸，1907年4台被送往尼爾吉裡山鐵路并一直服役到了1914年。

四、設計缺陷

1、燃料和水

由于機車沒有專門的煤水車，因此燃料和水的容量非常小，另外機車容量本來有限，費爾利機車的雙端設計讓這一問題更加凸顯。普通的水櫃式蒸汽機車在司機室後方還有一個水櫃，可以額外攜帶一些補給，而傳統的蒸汽機車更是在機車後方挂一台煤水車來供應補給。費爾利機車的司機室兩側都是燃燒室鍋爐，因此無法增加空間。後來一部分機車被設計為燃油作為燃料而不是煤炭，緩解了這一問題，因此墨西哥的機車是燃油型的，菲斯蒂尼奧格鐵路後期使用的機車也是燃油型的。

2、高壓蒸汽輸送管

早期機車采用的柔性蒸汽管來向氣缸輸送蒸汽，但是柔性管道很容易破損洩露。後來更換成剛性輸送管加球形接頭後解決。這個設計甚至影響到了後面加來特機車的設計，當初加來特機車也出現了柔性蒸汽接頭漏氣的現象，前往菲斯蒂尼奧格鐵路公司進行了交流學習後才解決了這個問題。

3、轉向架

由于傳統的蒸汽機車會設置一些輔助輪對例如前導輪，從導輪等，這些導輪起到了穩定機車運行的作用，會有效減少機車在軌道上運行時的蛇形運動，并在曲線引導機車減少脫軌概率。而費爾利機車并沒有設置這些輔助輪，另外由于氣缸分布在費爾利機車轉向架的外側，導緻轉向架受力不均衡，服役了一段時間之後，機車靠近氣缸的輪對會磨損的非常厲害，增加了脫軌的危險。

4、視野受限

由于司機在一側，副司機在另一側，因此機車在一個方向是左側駕駛，退行就變成了右側駕駛，這導緻退行時候完全看不到信号機。

5、其他

由于蒸汽機車鍋爐外側設置了水櫃，水櫃又會遮擋住一部分的視野，另外由于蒸汽機車傳動結構會産生錘擊效應，水櫃内的水會來回波動影響機車的穩定性。

五、費爾利機車的分類

1、單端式費爾利機車

這是費爾利機車的一個改造型号，特别在美國很受歡迎，說白了就是把費爾利機車拆成了兩半，然後利用鉸接式轉向架和後方的無動力轉向架相結合，保持了通過小半徑曲線的能力，雖然放棄了機車的雙向駕駛能力，但是獲得了更高的性能。另外機車可以在駕駛室後側設置加大的水櫃甚至可以加挂一台煤水車，由于機車變成了單端司機室，2名司機不再被燃燒室分隔，可以更好的配合。單端鍋爐在維護上也變得更加簡單。

1869年，亞曆山大·麥克唐納公司為南部和西部鐵路公司設計并制造了第一台0-4-4T單端機車，這個設計收到了美國費爾利公司持牌人威廉梅森的關注，并先後制造了146台帶有梅森轉向架的機車。另外在英國方面，斯溫頓、馬爾伯勒和安多弗鐵路公司也引進了第一台0-4-4T機車，北威爾士窄軌鐵路引進了3台0-6-4T軸列的機車。包括菲斯蒂尼奧格鐵路公司自己也引進了0-4-4T的單端機車，轉向架的分布和雙端機車完全相同。

2、佩肖特博登機車

這款機車是費爾利機車的改型，是由法國炮兵隊長佩肖特開發的，主要用于法國野戰炮兵和要塞采用的600mm軍用鐵路上，這種設計的理念就是如果機車一端的鍋爐或者閥門機構被損壞，機車依然可以繼續運行。機車軸列式0-4-4-0T，1906年制造了大約50台，另外第一世界大戰期間制造了280台，有一部分機車是由美國鮑德溫工廠制造。

這批機車保留了兩台，一台在法蘭克福菲爾德巴恩姆博物館，另一台在塞爾維亞的波澤加鐵路博物館。

另外關于這款車還制造了1:32的機車模型，由Scalelink公司制造。

3、費爾利改進型機車

1924年北英機車公司将一部分費爾利機車做了改造之後出售給了南非鐵路。改造後的機車很像加來特式蒸汽機車，但是轉向架的形式有所不同。

六、今天的費爾利機車

一直到今天，菲斯蒂尼奧格鐵路公司依然保留了費爾利機車的專利，依然有2台機車處于運營狀态。其中一台雙端式機車被命名為大衛勞艾德喬治，這台機車是1879年制造的第一台機車，1992年對該機車進行了重制。另外一台是單端式費爾利機車，被命名為老兵默丁·埃姆裡斯，由波士頓洛奇工廠于1876年制造，1927年退役，1935年機車被廢棄，1999年重制。

菲斯蒂尼奧格鐵路上的大多數費爾利機車都是燒煤的，1971年之後被改造成燃油機車。2005年，一台被命名為梅裡内特伯爵的機車又改回了燃煤機車，但是保留了燃油燃燒器，根據改造經驗，老兵默丁·埃姆裡斯也在2007年改回了燃煤機車，目前這台老兵是全世界最古老的費爾利式蒸汽機車。

1、動态保存

世界上最古老的可運行費爾利機車目前保存在亨利福特博物館，該博物館位于密歇根州迪爾伯恩，這台軸列式0-6-4的機車于1873年，目前仍然在牽引旅遊列車。

2、靜态保存

前文鐵道的梅裡内特伯爵号保存在波士頓洛奇工廠，機車在2018年4月8日停止使用。另外一台名叫約瑟芬的雙端機車被保存在新西蘭奧塔哥定居者博物館。

新西蘭保留了一台R型28号單端式機車，這台機車是在1999年制造的原車複制品。另外R型271号車在1930年被拆解之後遺骸一直丢棄在奧馬魯，坎特伯雷鐵路協會将零件回收後用2台R型機車的鍋爐以及轉向架，加上B型和E型的車架合成了一台機車。（這段我實在是翻譯不過來了，介紹得太碎）

德國東部地區保留了一台雙端費爾利機車，這台機車原車目前在約克國家鐵路博物館收藏，也是菲斯蒂尼奧格鐵路購買的第一批機車中的一台，1885年制造。

3、重制當中

菲斯蒂尼奧格鐵路正在制造一台被命名為詹姆斯·斯普納的雙端機車，2016年開始制造，2020年完工，這台機車為紀念費爾利小汪德号誕生150周年。這台機車将取代梅裡内特伯爵号機車。

4、小說

兒童電視連續劇《托馬斯和他的朋友們》改編，機車命名為Mighty Mac，是在斯卡洛伊窄軌鐵路上的一台雙端式費爾利機車。

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