【科普】6对动轮!6个汽缸!"蜈蚣"法国国家铁路4-160 A 1号蒸汽机车(原4-150 A 30号)
文章作者：FOREVER CHANGZHENSKY（ACFUN、BILIBILI、百度、头条、微博和知乎昵称：宁柳跨越）
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缩写提示
法国阿尔萨斯和洛林铁路管理局在文中简称“AL”，法国东方铁路公司简称“EST”，法国北方铁路公司简称“NORD”，法国西部国家铁路管理局简称“ETAT”，巴黎-奥尔良铁路公司简称“PO”⑴，法国南方-加龙河沿岸运河铁路公司简称“MIDI”⑵，巴黎-里昂-地中海铁路公司简称“PLM”，法国国家铁路公司简称“SNCF”⑶；法国-德国阿尔萨斯机械制造公司简称“SACM/EMBG”，法比铁路装备制造公司简称“SFB”，奥梅库尔海洋钢铁和锻造公司简称“FAMH”，克雷斯潘法国-北方制造工场简称“ANF”。
概述
“Centipede”/“蜈蚣”⑷4-160 A 1号蒸汽机车是SNCF在原PO工程师André Chapelon指导下，由原4-150 A 30号蒸汽机车重建而来的1台技术验证性蒸汽机车。“Centipede”的特点是采用6对动轮、2个高压汽缸和4个低压汽缸，但车架仍然是1个主车架。
重制背景
在20世纪30年代的PO管内，坡度为10‰的坡道的最大牵引定数为1200 t，然而，PO仅有“Decapod”6001号~6070号机车，以20 km/h的速度牵引重量为900 t的货运列车。因此，PO需要1种能够以30 km/h的速度牵引货运列车的蒸汽机车。
1934年1月10日，PO与MIDI合并成PO-MIDI，部分南布列塔尼地区南部的路线交由ETAT运营。这样一来，6000型蒸汽机车被PO-Midi编为150型，车号号段也变更为150-001号~150-070号。
1935年，André Chapelon决定以150型蒸汽机车为基础，研制新的蒸汽机车。
锅炉研制
André Chapelon在设计新的蒸汽机车时设定的目标是，在节省煤水、低速运行的条件下，汽缸多次膨胀做功，获得尽可能大的热效率。因此，他决定使用能再加热高压蒸汽的Houlet式双重过热系统，以及改善低压蒸汽流动的2组4个并联安装的Schmidt式过热器（每组2个过热器串联）。
锅炉胴体分为2部分，前部（占锅炉胴体的2/5）用作加热供水的巨大预热筒，将加热的沸水送到锅炉后部。与所有现代法国蒸汽机车一样，锅炉供水是通过2个注水泵和ACFI给水加热器完成的。锅炉火箱还安装了Nicolson式热虹吸管，力求提高热效率。锅炉的加热面积为250.54 m²，一次过热面积为72.1 m²，二次加热面积为110.61 m²。
烟筒配备了2个由芬兰工程师Kyösti Kylälä⑸设计、André Chapelon本人改进的Kylchap式废汽喷口。从低压汽缸排出的废蒸汽，经由排气管吹至第一级喷口收集器（由4个平行安装的喷管组成），废蒸汽-废气混合物到达第二级喷口收集器，吸入更多废气并最终从烟筒排出。
走行部设计
由于锅炉加长，重量也随之增加，原来的机车车架因此拉长，走行部变成了2-12-0轮式，以减少轴重并稳定支撑锅炉。除了直接传递动力的第二动轴、第三动轴和第四动轴外，其余车轴都有左右移动间隙，以助于通过曲线。
汽缸设计
4-160 A 1号机车采用复合式六汽缸设计：
2个高压气缸安装在车架内第二动轴与第三动轴之间的空间，带动第四动轴；
2个低压气缸安装在车架内导轴与第一动轴之间的空间，带动第二动轴；
2个低压气缸安装在车架外导轴与第一动轴之间的空间，带动第三动轴。
为了抑制热能的损失，每个汽缸都覆盖着另一种蒸汽，使汽缸外壁不被冷却。
重建过程
1938年元旦SNCF成立，并整编原6000型蒸汽机车为4-150 A型蒸汽机车。当是时也，一部分4-150 A型机车停用，而配属于蒙吕松机务段和于塞勒机务段的4-150 A型机车仍在运用中。当时已停用的4-150 A 30号机车（原6030号机车→150-030号机车）被André Chapelon选中，作为重建对象。
按照André Chapelon的设计思路，图尔机务段于1938年~1940年间将这台由SACM/EMBG于1910年制造的4-150 A 30号机车，重建为4-160 A 1号机车。不过重建后的4-160 A 1号机车，同时也更换了1节来自NORD故地的4-38 A型煤水车，这是为什么呢？
4-150 A 30号机车最初使用过水箱容积为12 m³、煤仓载重为4.5 t的4-12 B型煤水车。如此大的机车搭配如此小的两轴煤水车，一个理由是便于“Decapod”在仍然众多的16 m转盘上旋转换向。尽管如此，这种4-12 B型煤水车仅出现于第一批30台4-150 A型机车；而后续两批40台4-150 A型机车，改用水箱容积为20 m³的三轴4-20 B型或4-20 C型煤水车。
4-160 A 1号机车重建完成后，搭配1节4-38 A 5号煤水车。值得注意的是，这节来自NORD故地的4-38 A型煤水车，一度沿用PO-MIDI的煤水车编号方式，编为38-005号。
嗯，说到“SNCF”和“PO-MIDI”字样同时出现于铁路机车的情况，我甚至还想到“BB MIDI”E 241号~E 264号电力机车。这24台“ВB MIDI”是PO-MIDI于1936年向法国Alstom公司采购、于1938年5月~1939年6月间转交SNCF，因此这些机车保持PO-MIDI赋予的机车车号号段，直至1950年元旦被SNCF改号为ВB 301号~ВB 324号为止。
不过SNCF出包也不是一天两天的事情。对于这么混乱的机车车型代号，还有那混乱的机车车号号段，你们当然要原谅SNCF啊（我自己都不信）！
测试运行
4-160 A 1号机车于1940年在图尔机务段完成改造时，德国侵略者入侵法国。4-160 A 1号机车被迫拉着一列1200 t的列车前往布里夫拉盖亚尔德，此后封存在布里夫拉盖亚尔德机务段直到法国解放。
法国解放后，4-160 A 1号机车重新点火运行。1948年5月~6月间，SNCF在法国东南部地区坡度不同的不同路段，对“Centipede”进行了17次测试运行：
3次测试运行在巴黎-里昂—马赛-圣夏尔铁路圣乔治新城站—拉罗什-米热讷站区段进行（坡度为5‰）；
6次测试运行在巴黎-里昂—马赛-圣夏尔铁路拉罗什-米热讷站—第戎城站区段进行（坡度为8‰，牵引定数为1650 t）；
2次测试运行在莫雷-沃讷莱萨布隆—里昂-佩拉什铁路罗阿讷站—圣艾蒂安-沙托克勒站区段进行（坡度为12‰，牵引定数为1000 t）；
4次测试运行在莫雷-沃讷莱萨布隆—里昂-佩拉什铁路圣艾蒂安-沙托克勒站—巴丹编组站区段进行（坡度为14‰，牵引定数为850 t）；
2次测试运行在莫雷-沃讷莱萨布隆—里昂-佩拉什铁路里昂-佩拉什站—罗阿讷站区段进行（坡度为26‰，牵引定数为550 t）。
当以20~30 km/h的速度运行时，测试人员记录到4-160 A 1号机车车钩的牵引力为196.13~215.75 kN，功率为1800~2300 hp。当运行速度提高到45 km/h时，测试人员记录到机车车钩的牵引力为161.81 kN；运行速度提高到60 km/h时，机车车钩的牵引力为117.68 kN，功率为2650~2750 hp。
同年6月8日，SNCF在位于法国东南部、斜穿塔拉雷山脉的罗阿讷—圣日耳曼-欧蒙多尔铁路塔拉尔站—昂普勒皮站区段，对4-160 A 1号机车进行了测试运行。测试结果表明，这台机车能够以30 km/h的速度牵引578 t的货运列车通过坡度为26 ‰的索瓦日山口。
尽管“Centipede”都能够在没有尾部补机的帮助下，牵引这些测试列车，但作为安全措施，SNCF对上述机车经过的区段进行了测试运行前的维护。
结局
“我在设计这台机车时增加了一些特点，但不违背一个多世纪以来成熟的机车设计原则，不过它看起来已经让人充满了兴趣，这使得我们可以期待未来的蒸汽机车仍然会有非常重大的发展空间。”
——André Chapelon
尽管性能非常令人满意，然而在当时SNCF开始向内燃化和电气化过渡的大环境下，“Centipede”4-160 A 1号机车像许多独特的技术验证性机车一样，几乎没有提供任何服务。它仅行驶了40000 km，于1954年10月28日退役，并于1955年3月在沙托鲁机务段被拆解。
技术数据表
扩展阅读：André Chapelon不曾实现的大功率蒸汽机车计划
早在PO时期，André Chapelon通过增加具有高压、快速作用的Westinghouse式制动机，以及蒸汽和压缩空气联合加热装置的方式，将31台“Pacific”3500型蒸汽机车重建为“Pacific”3700型蒸汽机车（未来的4-231 F型和4-231 H型机车）。其后，为了增加动轮黏着重量，并且能够在平道上以120 km/h的速度运行，PO及后继的SNCF按照André Chapelon的设计思路，将“Pacific”4500型蒸汽机车（未来的4-231 A型机车）中的部分机车，先后重建为“Twelve wheel”4-240 A型（原PO时期的4700型机车）和5-240 P型机车。
SNCF成立后，原法国铁路设备研究中心办公室负责研究机车的部门改组为机车研究部。机车研究部在André Chapelon的指导下承担了大功率机车项目和新建项目的研究。1938年10月26日~11月26日，André Chapelon在SNCF机车维修部门总工程师Marcel Bloch的陪同下前往美国。在大洋彼岸，他们参观了各铁路公司的车间，并会见不同的制造商。
对于SNCF未来的新一代大功率蒸汽机车，André Chapelon主张将当时美国最新的制造技术，与他自己研究的热力学改进相结合，从而使机车能够以持续和不间断的方式提供最大的牵引力。他设想了调节装置和安全装置通用（便于维护和供应）、司机室采用密闭式设计、功率高达6000 hp的5种轮式蒸汽机车：
4-6-0“Ten Wheel”轮式高速干线客运蒸汽机车；
4-6-4“Baltic”轮式准高速干线客运蒸汽机车；
4-8-4“Northern”轮式快速干线客运蒸汽机车；
2-8-4“Berkshire”轮式干线客货两用蒸汽机车；
2-10-4“Texas”轮式干线货运蒸汽机车。
除“Ten Wheel”使用复合式四汽缸设计外，其他轮式机车均为复合式三汽缸机车，高压汽缸尺寸为790×760 mm，低压汽缸尺寸为660×760 mm。车架使用一体式铸铸造框架，导轮和从轮使用Levi Bissell式转向架。动轮使用水滴轮，轴重为23~25 t，轴箱使用滚动轴承。
除了长度外，锅炉压力均为22 kg/cm²，Alfred Belpaire式平顶火箱炉排面积均为6 m²（并由机械式自动加煤机提供煤炭），并且安装Nicolson式热虹吸管、燃烧室、Houlet式过热器以及3个Kylchap式废汽喷口。
然而，在工程师、未来SNCF的主席Louis Armand的领导下，SNCF于1944年6月起在在PLM故地的艾克斯莱班-勒勒瓦尔—阿讷马斯铁路艾克斯莱班-勒勒瓦尔站—福龙河畔拉罗什站区段进行了25 kV 50 Hz交流电气化测试；而在法国解放后，SNCF更是开始推进牵引动力内燃化和电气化。至于蒸汽机车，SNCF更倾向于在继承自前身的现有蒸汽机车车型的基础上，采购以141 P型、241 P型和150 P型机车为代表、起到过渡性质的复合式四汽缸蒸汽机车车型，以及从美国采购采用饱和式双汽缸设计的141 R型和030 TU型蒸汽机车。
因此，André Chapelon的大功率蒸汽机车计划从未实施。不过复合式三汽缸设计，却在由“Mountain”3-241 B 101号机车重建而来的“Northern”3-242 A 1号机车上得以实现。然而，随着电力机车和内燃机车各自技术的发展，无论是André Chapelon重建的3-242 A 1号和4-160 A 1号机车也好，Marc de Caso设计的“Baltic”2-232 R型、2-232 S型和2-232 U型机车也罢，未来已经不再属于蒸汽机车。
注释
⑴法语：Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans。
⑵法语：Compagnie des chemins de fer du Midi et du Canal latéral à la Garonne。
⑶法语：Société Nationale des Chemins de fer Français。
⑷拉丁语：Chilopoda；英语：Centipede。
⑸（1868年8月16日~1936年9月15日），芬兰蒸汽机车司机，自学成才的工程师。
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参考链接
http://del.gleize.net/160a1.html
http://thierry.stora.free.fr/techdat2_f.htm#160%20A%201
https://www.cparama.com/forum/viewtopic.php?f=113&t=21241
https://www.cparama.com/forum/viewtopic.php?f=113&t=21249
http://www.douglas-self.com/MUSEUM/LOCOLOCO/12/12.htm#160
https://trainconsultant.com/2021/11/15/lage-chapelon-excellence-de-la-vapeur-francaise/
https://trainconsultant.com/2022/02/01/traction-vapeur-pourquoi-ces-locomotives-geantes/
http://wikipo.railsdautrefois.fr/wikiPO/index.php?title=150_n%C2%B0_6_001_%C3%A0_6_070_du_PO
完稿时间：2022年4月14日
A0级发表时间：2022年4月15日
