Treinen met een Shay aandrijving werken volgens het patent van Ephraim Shay. De meeste locomotieven met dit aandrijftype zijn gebouwd door Lima Locomotive Works.

Ephraim Shay (17 Juli 1839 - 19 April 1916) was een Amerikaanse uitvinder, hij kreeg een aantal patenten voor stoomlocomotieven op zijn naam. Deze patenten werden toegekend in 1881. De Shay locomotieven zijn ontworpen voor gebruik in de zware bosbouw. Ze kenmerken zich dan ook door aandrijving op alle wielen, duurzaam, grote trekkracht, mogelijkheid tot opslag van veel brandstof en water. Shay bouwde zelf geen locomotieven, dat gebeurde exclusief door Lima.

De Shay stoomlocomotieven gebruiken een aandrijfas voor de overbrenging van de beweging op de wielen en tandwielen combinaties voor de overzetting op de wielen.

Lima Locomotive Works bouwde exclusief de locs op basis van de patenten van Ephraim Shay. In 1880 bouwde Lima Locomotive Works het eerste prototype. Hierna volgden verschillende klassen locs. Tot 1884 waren de locs voorzien van 2 cilinders (Class A), hierna gebruikte Shay 3 cilinders (Class B). Later in 1885 gevolgd met de Class C met 3 draaistellen.

In 1903 verkondigde Lima Locomotive Works dat men de "heaviest locomotive on drivers in the world" hadden ontwikkeld. (Class D). Deze was gebouwd voor de El Paso Rock Island spoorweg, welke liep van Alamogordo, New Mexico naar Cox Canyon, ongeveer 50 km, over een slingerende baan met hellingen van meer dan 6%. In verband met de slechte waterkwaliteit onderweg, diende al het water meegenomen te worden, wat het gebruik van extra draaistellen noodzakelijk maakte. Dit resulteerde in de vergrote tender.

De cilinders zitten bij Shay niet horizontaal gemonteerd. Deze hebben een verticale montering.

Bij de verticale montering zitten de cilinders aan de rechterkant van de loc. Net voor de cabine. Om ruimte te maken en voor de balans is de stoomketel iets opgeschoven naar de linkerkant. Deze zit dus uit het midden.

Er zijn versies uitgekomen met 2 en 3 cilinders, naast elkaar. De versies met 2 cilinders waren met name de eerdere versies. Deze waren in de regel kleiner en minder krachtig.

De rode as zet via het groene tandwiel het witte tandwiel in beweging. Deze is vast gemonteerd op de wielas. Zie hier voor een uitgebreide uitleg over de overbrenging bij aandrijfas locomotieven.

Er zijn versies met 2, 3 en 4 draaistellen ontwikkeld.

Bij de kleinere 2-draaistel versies werden de voorraden op de locomotief opgeslagen. Bij de 3 draaistel versie was een losse tender gekoppeld aan de locomotief, deze werd ook aangedreven via de aandrijfassen. Bij de 4 draaistel versie was de tender langer en had 2 eigen draaistellen, welke ook ieder werden aangedreven.

De Shay loc worden op klasse ingedeeld (A-D). Binnen de class is er enkel verschil in kracht (tonnage) van de loc.

Class A

Het eerste type locomotieven. Dit zijn nog kleine lichte locomotieven voor algemeen gebruik.
Aandrijving: 2 cilinders
draaistellen: 2 draaistellen
Tonnage: tussen 6 en 24 ton
Aantal: 686 gebouwd
Jaartal: 1880+

Naast de hierboven beschreven locomotieven uit deze klasse (Class A) zijn er ook nog 2 Shay locomotieven gebouwd van 15 Ton met ook 2 cilinders maar dan met 3 draaistellen.

Class B

Aandrijving: 3 cilinders
draaistellen: 2 draaistellen
Tonnage: tussen 10 en 80 ton
Aantal: 1480 gebouwd
Jaartal: 1884+

Class C

Aandrijving: 3 cilinders
draaistellen: 3 draaistellen
Tonnage: tussen 40 en 160 ton
Aantal: 580 gebouwd
Jaartal: 1885+

Class D

Dit waren de grootste Shay locs. De 2 tenders, beide met aandrijving, boden veel ruimte voor brandstof en water. Aandrijving: 3 cilinders
draaistellen: 4 draaistellen
Tonnage: tussen 100 en 150 ton
Aantal: 20 gebouwd
Jaartal: 1903+

De 20 Class D locomotieven hadden weliswaar niet meer vermogen dan de Class C locs. De Class D beschikten wel over meer capaciteit voor brandstof- en watervoorraden. Door dit hogere gewicht hadden deze een betere wegligging.

Er werden 4 locomotieven in spiegelbeeld gebouw voor Sr. Octaviano B. Cabrera Co. in San Luis de la Paz, Mexico. Deze hadden dus de kenmerkende aandrijfas aan de linkerkant zitten ipv de rechterkant.

De tellingen zijn niet helemaal betrouwbaar. Soms wordt het prototype meegeteld. Vaker ook werden Shay locomotieven welke (na het verlopen van de patenten) door andere bedrijven zijn gebouwd ook meegeteld. Officieel had enkel Lima in eerste instantie de beschikking over de Shay patenten. Ook toen werden er al locs door concurrenten gebouwd.

Shay locomotieven hebben als bijnaam Sidewinders. Dit komt door de aandrijfassen die in de regel aan de rechter zijkant van de loc lopen. Deze aandrijfassen lopen van het voorste draaistel helemaal door naar de achterkant van de loc en zelfs door de tender. Alle assen op de draaistellen waren verbonden met deze aandrijfas en zorgen hiermee voor frictie.

Er zijn behoorlijk wat verschillende Shays versies uitgekomen in model. Met name de versie met 2 draaistellen en met 3 draaistellen komen veel voor.