由于京張鐵路關(guān)溝段坡度達(dá)到33‰，普通機(jī)車難以勝任，因此詹天佑曾多次寫信給他的美國同學(xué)洛德（E·P·Lord）了解美國有無合適機(jī)車。信中寫道：“我這里有一項(xiàng)艱巨的工作，此處有長(zhǎng)約12英里的鐵路，其坡道幾乎連續(xù)為1/30，又無其他線路可選，在這樣的陡坡道上行駛的機(jī)車，你生產(chǎn)過沒有？我們的車輛大多為30噸車，有沒有可牽引10輛這樣重車在這種坡道上行駛的機(jī)車？希望你告知我關(guān)于此種機(jī)車的價(jià)格情況（當(dāng)然是蒸汽機(jī)車）。軌距為4英尺8英寸半，煤是煙煤，并非硬煤�！�

1907年，詹天佑最終選定從英國北英機(jī)車公司購入4臺(tái)“復(fù)脹式”蒸汽機(jī)車，也就是后來命名的馬萊1型蒸汽機(jī)車，輪式排列為0-6-6-0�！皬�(fù)脹式”蒸汽機(jī)車和普通蒸汽機(jī)車的區(qū)別在于：機(jī)車的每一側(cè)都設(shè)置兩個(gè)氣缸，兩側(cè)共4個(gè)氣缸，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽先進(jìn)入高壓氣缸做功，之后再進(jìn)入低壓氣缸兩次做功，之后經(jīng)過乏汽噴口由煙筒排出。這樣的設(shè)計(jì)可以充分利用蒸汽的能量�！皬�(fù)脹式”蒸汽機(jī)車每個(gè)氣缸都連接一組動(dòng)輪，兩組動(dòng)輪之間采用非固定連接，減小了機(jī)車的固定輪距。因此，雖然這種機(jī)車的走行部比較長(zhǎng)，但是也能夠在較小曲線半徑的山區(qū)線路上行駛。馬萊型蒸汽機(jī)車系列都是這種“復(fù)脹式”蒸汽機(jī)車。

1911年，京張鐵路引入了輪式排列為2-4-4-2的馬萊2型蒸汽機(jī)車。由于增加了兩組導(dǎo)輪和從輪，所以這種機(jī)車更容易通過轉(zhuǎn)彎半徑小的線路。此外這種機(jī)車設(shè)有蒸汽發(fā)電機(jī)，為機(jī)車照明提供電能。有專家考察，這種機(jī)車在20世紀(jì)50年代還有兩臺(tái)在使用。

今天，在八達(dá)嶺地區(qū)的京藏高速公路進(jìn)京方向道路沿線，經(jīng)�？梢钥吹奖茈U(xiǎn)車道。在這段長(zhǎng)下坡道路上行駛，車輛容易剎車失靈，這時(shí)可以駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道避險(xiǎn)。100多年前的京張鐵路線路也有類似的設(shè)計(jì)，稱為“保險(xiǎn)道岔”或“避難線”。這種設(shè)計(jì)不僅是為剎車失靈的機(jī)車準(zhǔn)備的，上坡的機(jī)車動(dòng)力不足時(shí)，也可退入避難線，待蒸汽充足時(shí)，再重新上坡。

1914年，美國機(jī)車公司為京張鐵路關(guān)溝段專門制造了馬萊3型蒸汽機(jī)車。這種型號(hào)的機(jī)車一共進(jìn)口了7臺(tái)，輪式排列為2-8-8-2。這種機(jī)車當(dāng)時(shí)掛于列車尾部，推動(dòng)列車上山。這樣可以避免車鉤拉斷，同時(shí)坐在列車中的旅客還不用吸入機(jī)車噴出的煙氣。由于這種機(jī)車動(dòng)力充足，所以不用退入避險(xiǎn)線就可以輕松地把列車推上山。

1921年，關(guān)溝段迎來了史上最大的“特大號(hào)機(jī)車”——馬萊4型蒸汽機(jī)車。這種機(jī)車有粗大的鍋爐和氣缸，其功率比新中國成立后制造的大功率貨運(yùn)蒸汽機(jī)車“前進(jìn)型”還要大。這種機(jī)車特別重，所以被規(guī)定只能在京張鐵路南口至康莊之間來回行駛。因檢修原因要駛出該區(qū)段時(shí)，則必須把煤和水都卸掉，否則會(huì)壓壞沿線的橋梁。

上世紀(jì)五六十年代，馬萊型蒸汽機(jī)車陸續(xù)報(bào)廢。這些龐然大物報(bào)廢之后仍舊在發(fā)揮余熱，機(jī)車的鍋爐可以作為供暖鍋爐，鍋爐內(nèi)的煙管也可以作為建筑材料。今天的青龍橋站依然保留著用馬萊型蒸汽機(jī)車煙管制成的欄桿。

1984年，南口機(jī)務(wù)段逐步更換了內(nèi)燃機(jī)車，司機(jī)們的工作條件得到了大幅度改善。如今，當(dāng)年駕駛馬萊機(jī)車的“大車”們回憶起那段離地三尺、騰云駕霧的“活神仙”時(shí)光，依舊有講不完的故事。

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