201709 日本群馬鐵道之旅: 番外篇 信越本線碓冰峠歷史 第二章 碓冰峠與アプト式鐵路 (蒸氣機關車)

全段信越本線施工最困難既地方就係連接橫川至輕井澤之間既路線，

橫川標高366.6m，輕井澤標高939.1m，換句話說要係9km既距離入面爬升572.5m，

對於當時動力輸出唔高而且車體較重既蒸氣機關車係一大挑戰。

最初興建呢個路段既時候有幾個唔同既設計，包括斜式鐵道 (Incline Railway)，

展線 (Spiral Loop，用繞圈既形式減少上落斜坡度，常見於鐵路同高速公路，

現時北陸本線敦賀至新疋田間，上越線水上至越後湯沢都係沿用展線式設計)。

係參考過德國既案例之後，決定利用Abt式鐵道去克服呢個難關。

Abt式鐵路係利用路軌中央既第三軌提供額外既爬坡能力，

中間既第三軌同一般路軌唔同，第三軌呈鋸齒狀，

配合機關車入面既齒式動輪提供額外動力爬坡同落斜時減速。

Abt式設計其中一個缺點係運行速度慢，運載能力低，

開業初期仍然係單線區間，由橫川至輕井沢需時78分鐘，由輕井沢至橫川亦需要80分鐘，

即使可以係熊ノ平給水給炭所進行列車交會(單線區間雙向列車交換線區)，

但運載能力仍然係信越本線入面既樽頸位置。

アブト式軌道，碓氷峠鉄道文化村展品

中間為齒式軌道，軌道外側係供電軌。

ED42形電氣機關車，碓氷峠鉄道文化村展品

車底中央既齒式驅動輪。

係碓冰峠服務過既蒸氣機關車一共有四個型號，
最初由德國Maschinenfabrik Esslingen引入既3900形一共七輛，
其後由英國Beyer, Peacock & Co. Ltd.引入既3920形一共兩輛，3950形一共十輛，
日本既生產商汽車製造亦生產過3980形一共六輛。

3900形蒸氣機關車

Photo Reference: 日本国有鉄道工作局/Kone - 「車両の80年」鉄道院3900形蒸気機関車

開業既時候只有3900形蒸氣機關車，由德國Maschinenfabrik Esslingen公司生產，

係官設鐵道第一款德國制既蒸氣機關車，之前入口既都係英國既蒸氣機關車。

3900形除左係台車外側有兩組有提供主動輪動力既氣缸同活塞 (紅圈位置) ，

係台車內側有另外兩組氣缸同活塞提供動力俾齒式驅動輪，

另外一個特徵係鍋爐上面有一個大既蒸氣集中裝置(Steam Dome) (藍圈位置) 。

考慮到3900形會經常行走上落斜路段，

除左一般既空氣制動 (Vacuum Break) 同手動制動 (Hand Break) ，

仲加入左蒸氣機關車獨有既反壓制動 (Countersteam Break) ，

將蒸氣壓力保留係氣缸，靠活塞同主連杆將機關車停定，

(想像成上斜吊住clutch等架車唔會溜後)

但呢個操作比較大風險，稍一不慎可能導致機關車損壞，

所以用途只限於斜路路段既緊急停車。

1898年為左減少煤煙同增加鍋爐性能，係鍋爐上方增設重油油缸，

同時使用重油同煤作為鍋爐燃料。

參考刊登係ENGINEERING期刊1894年10月19號既3900形(C1形500番)設計圖，
呢幅相拍攝既時候已經加入左重油油缸   (紅圈位置)。
側視圖亦都可以見到第三軌既齒式驅動輪 (藍圈位置)，

設計圖上面亦有提及圖中既機關車係設計俾碓氷峠（うすいとうげ，USUI TOGE）使用 (綠筆線位置)。

Photo Reference: ENGINEERING, 1894-10-19

“3900形”呢個命名規則係到1909年鐵道院成立之後先制定，
係鐵道國有法之前，機關車同客車既命名一直都無固定規則，
民設鐵路亦同官設鐵路有唔同既命名系統，
下表記錄左由1892年第一張訂單去到1909年統一命名之後既型番變化。

3920形蒸氣機關車

Photo Reference: 小川一真 - 日本鉄道紀要（1898年）

日本既鐵路發展一直都係由英國人去設計同引入技術，
上面都提過3900形係官設鐵道第一款由德國入口既機關車，
當時掌管官設鐵道既英國人拎左3900形既圖紙，
委托英國Beyer, Peacock & Co. Ltd.制造3920形，
聲稱改善左3900形既缺點，但一共只生產左兩輛，可見技術未算成功。

3920形其中一個特點係新增左一個伸向機關車後方，可以調節角度既煙囪(參考上圖)，
原意係想係隧道入面將煤煙引向機關車後方，減低煤煙對運轉既影響，
呢個係倫敦行之有效既系統係碓冰峠呢到發揮唔到功用，反而令鍋爐既運轉效率下降，
及後長煙囪亦都拆除，轉為普通形狀。

除此之外，3920形亦都加入一組前輪 (leading wheel，指裝設係台車前方無動力既車輪組)，
用以協助行走曲線軌道同分散車重 (紅圈位置)，
側視圖亦都可以見到第三軌既齒式驅動輪 ，同3900形既結構唔同，
3920形既齒式動力係由一條副傳動軸帶動兩個齒輪軸，
加強左控制性同動力效率(藍圈位置)。

3950形/3980形蒸氣機關車

Photo Reference: 日本国有鉄道工作局/Kone - 「車両の80年」鉄道院3950形蒸気機関車（アプト式）

3920形投入服務後，官設鐵路係1898年再英國Beyer, Peacock & Co. Ltd.訂制3950形，
1906年再向汽車製造訂造3980形，真正改善左3900形同3920形既缺點，
一共生產十輛3950形及六輛3980形，係支持碓冰峠運輸既中堅。

3950形亦都再加入一組從輪 (trailing wheel，指裝設係台車後方無動力既車輪組)，
同樣用以協助行走曲線軌道同分散車重 (紅圈位置)，
車軸配置為2-6-2 (1C1)，兩輪(一軸)前輪，六輪(三軸)動輪，兩輪(一軸)從輪。
重油缸亦由制造已經有設置 (藍圈位置)。