O professor e inventor norte-americano Ephraim Shay (1839-1916) era dono de uma madeireira no estado do Michigan e teve a ideia de criar uma locomotiva capaz de rebocar toras de madeira por subidas íngremes, comuns em sua região e criou um engenhoso mecanismo para o veículo ter tração em todas as rodas.
Sua ideia foi comprada pela Lima Locomotive Works do estado de Ohio e o próprio Shay também trabalharia na companhia. O desenho da locomotiva era basicamente um veículo com cilindros verticais apenas de um lado do veículo, geralmente posicionados a direita do veículo e com isso, a caldeira era ligeiramente deslocada para a esquerda.
O motor geralmente tinha 3 cilindros, podendo ser individuais ou de tripla expansão e o movimento reciprocante dos pistões moviam o virabrequim e grandes eixo dotados de engrenagens que tracionavam cada roda do veículo. Assim as locomotivas Shay tinham todas as rodas do mesmo tamanho.
Devido a exclusividade do invento, a Lima batizou o veículo como locomotiva Shay em homenagem ao inventor. O produto se provou altamente eficaz para vencer subidas de serra e ter força para carregar cargas pesadas, no entanto, ela não desenvolvia altas velocidades.
As locomotivas Shay seriam altamente empregados em ferrovias montanhosas, já que sua tração era muito superior em relação ao modelo convencional, onde os pistões tracionavam poucas rodas. A própria Lima Locomotive Works teve forte expansão no mercado de locomotivas devido ao sucesso de vendas da versão traçada.
Como cada eixo de uma locomotiva a vapor era simples, sendo um eixo rígido que interligava as duas rodas, a tração somente pela roda direita era o suficiente para ter tração total no eixo. Alguns exemplares também adotaram tração total até no tender (vagão que transporta carvão e água).
Após expirar a exclusividade de patente, outras companhias como a Willamette fariam sistemas de tração semelhantes, já que havia boa demanda para esse tipo de locomotiva que foi exportada para muitos países com relevo montanhoso. Também foi observado que as Shay eram ótimas para ferrovias com trilhos irregulares.
Apesar de outras fabricantes começarem a comercializar a locomotiva traçada, o nome Shay continuou sendo associado a esse tipo de veículo. Àquela altura o nome Shay era marca registrada da Lima e os veículos continuaram tendo boas vendas no século 20, sendo que os maiores clientes eram mineradoras, madeireiras e pedreiras.
O sistema de tração da Shay só perdeu espaço após a ascensão das locomotivas Diesel-elétricas. Atualmente, para vencer as subidas íngremes, se usa a tração por cremalheira, onde rodas dentadas ligadas aos eixos do veículo correm sobre cremalheiras instaladas no trilho que também auxiliam os veículos nas descidas.
