Опыт повседневной эксплуатации автомобилей ЗИС-5 в сотнях автохозяйств СССР дал конструкторам автозавода им.Сталина значительный объём материала, на основе которого была начата разработка нового грузовика. Работы по перспективной машине, получившей индекс ЗИС-15, начались осенью 1937 года.
Грузоподъёмность автомобиля ЗИС-15 определялась в 5 тонн по дорогам с твёрдым покрытием и 3,5 тонны по грунтовым дорогам. При этом собственная масса автомобиля, согласно проекту, должна была составить всего 3500 кг. С целью перехода в новый класс грузоподъёмности, колёсная база была увеличена и стала равной 4400 мм, а двигатель был смещён на 200 мм вперёд. Для сравнения: выпускавшийся в то время пятитонный грузовик ЯГ-6 имел колёсную базу 4200 мм при значительно большей собственной массе (4930 кг). Большое внимание при конструировании уделялось повышению прочности и износоустойчивости отдельных механизмов и узлов автомобиля.
Автомобиль получил модернизированный двигатель. При сохранении габаритных размеров и том же, что и у ЗИС-5, рабочем объеме 5555 см3, его мощность была поднята с 73 л.с. при 2300 об/мин до 82 л.с. при 2600 об/мин за счёт повышения степени сжатия и наполняемости цилиндров, которая, в свою очередь, была достигнута изменением формы камеры сгорания и изменением фаз газораспределения в сторону увеличения времени открытия впускного и выпускного клапанов. Новыми (по отношению к двигателю ЗИС-5) деталями двигателя были:
— блок цилиндров, в котором были изменены форма и способ охлаждения впускных и выпускных каналов;
— головка цилиндров, в которой были изменены форма и объём камеры сгорания: вихревая камера сгорания типа Рикардо с укороченными путями горения была заменена вихревой камерой с поглощением удара, созданной с учётом последних на то время научных исследований. Это позволило увеличить степень сжатия с 4,7 до 5,3 при чугунных поршнях и до величины 5,7 при установке поршней из алюминиевого сплава;
— поршни с вертикальными и горизонтальными разрезами на юбке, которые позволяли плотно подогнанному поршню (с меньшим зазором между поршнем и цилиндром, чем у ЗИС-5) расширяться при нагревании без заедания;
— распределительный вал с изменёнными фазами газораспределения и профилем кулачка, позволяющим увеличить высоту подъёма клапана. Фазы распределения следующие: начало открытия впускного клапана 21° до ВМТ, конец закрытия — 70° после НМТ, продолжительность впуска 271°, начало открытия выпускного клапана 68° до НМТ, конец закрытия — 23° после ВМТ, продолжительность выпуска также 271°. Увеличенное перекрытие клапанов значительно повысило коэффициент наполнения цилиндров. В целях уменьшения шума механизма газораспределения шестерня распределительного вала была изготовлена из текстолита;
— изменённые толкатели клапанов. Температурный зазор между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя был предусмотрен равным 0,25 мм для выхлопных и всасывающих клапанов;
— привод вентилятора был выполнен клиновидным ремнём непосредственно от шкива коленчатого вала. Привод масляного насоса осуществлён парой шестерён со спиральными зубьями от распределительного вала. Это позволило уменьшить количество распределительных шестерён до двух вместо пяти у ЗИС-5;
— в подвеске двигателя при сохранении схемы и установочных размеров во всех трёх точках была проложена резина.
В систему питания двигателя были введены следующие изменения:
— установлен более совершенный карбюратор МКЗ-6, позволивший с 270 до 240 г/э.л.с.ч снизить расход топлива (с 1938 года такой карбюратор устанавливался и на изделиях серийного производства — ЗИС-5, ЗИС-6 и их модификациях);
— топливный бак установлен снаружи лонжерона рамы за кабиной. Ёмкость его была увеличена с 60 до 100 л, что, в сочетании с уменьшившимся удельным расходом топлива, позволило почти в 2 раза увеличить запас хода автомобиля.
Трансмиссия автомобиля также подверглась значительным изменениям, но сцепление при этом было сохранено аналогичным применявшемуся на ЗИС-5.
Коробка передач была применена трёхходовая, четырёхступенчатая, полностью новой конструкции. Для уменьшения шума шестерни постоянного зацепления и III передачи были выполнены косозубыми постоянного зацепления, а передаточные числа коробки изменены (I передача — 6,00; II передача — 3,34; III передача — 1,76; IV передача — 1,00; ЗХ — 6,94). Подшипники коробки передач были значительно усилены. Была разработана конструкция и пятиступенчатой коробки передач.
Карданная передача, ввиду увеличенной почти на 600 мм колёсной базы, выполнялась из двух валов с промежуточной опорой. Вместо подшипников скольжения в карданных шарнирах были установлены игольчатые подшипники качения. Диаметр труб карданного вала составлял 60 мм для промежуточного и 75 мм для заднего.
Задний ведущий мост конструктивно не отличался от аналогичного узла ЗИС-5, но передаточное число главной передачи было увеличено до i=6,9. В редукторе главной передачи были значительно усилены конические шестерни и подшипник ведущей шестерни. Вал ведущей конической шестерни, так же как вал ведомой конической и малой цилиндрической шестерён, был установлен на конических роликовых подшипниках. Балка заднего моста в основном такая же, как на ЗИС-5 – литая из ковкого чугуна с запрессованными полуосевыми трубами, изготовленными из легированной стали. Передний мост конструктивно остался таким же, как у автомобиля ЗИС-5, но в связи с увеличившейся осевой нагрузкой был усилен во всех элементах.
В подвеске автомобиля для повышения плавности хода передние рессоры были удлинены на 50 мм по сравнению с ЗИС-5. В задней подвеске была удлинена дополнительная рессора для повышения плавности хода под нагрузкой.
Рама автомобиля была усилена. Высота лонжеронов швеллерного сечения из нормализованной стали 1025 (ОСТ НКТП 7123) толщиной 6 мм по сравнению с ЗИС-5 была увеличена.
Крепление колёс вместо шести шпилек было выполнено на восьми, при этом размер шин высокого давления был увеличен с 34х7 до 36х8.
Рулевое управление было выполнено по типу автомобиля ЗИС-5, при этом палец кривошипа был сделан съемным для удобства замены, а винт установлен на шариковых подшипниках. Передаточное отношение рулевого механизма было сохранено прежним (i=15,9).
Рабочая тормозная система с механическим, как и у ЗИС-5, приводом в целях повышения надёжности была значительно усилена. Передача усилия от тормозной педали на передние тормоза производилась при помощи жёстких тормозных тяг (вместо тросов на ЗИС-5). Для уменьшения усилия на педаль при торможении был установлен вакуумный усилитель с клапаном прямого действия. Тормозные барабаны получили усиленный обод. Диаметр барабанов передних и задних тормозов составлял 410 мм; ширина колодок передних тормозов 70 мм, задних – 100 мм; площадь тормозных накладок соответственно 300 и 429 см2. В дальнейшем планировался переход на гидравлический привод рабочей тормозной системы. Дисковый стояночный тормоз (по типу применявшегося на трёхосном автомобиле ЗИС-6) с ручным приводом располагался на промежуточном карданном валу у второго карданного сочленения. Наличие двух независимых тормозных систем обеспечило надёжность торможения при повышении грузоподъёмности и увеличении скорости движения автомобиля.
В те годы художественное конструирование на заводе только зарождалось. Серийно выпускаемые автомобили имели угловатые цельнодеревянные и деревометаллические кабины, служившие в основном лишь для укрытия водителя от непогоды. Но уже тогда конструкторы задумывались о внешнем виде автомобиля, его элегантности и интерьере. Потому одним из основных новшеств автомобиля ЗИС-15 стала трёхместная цельнометаллическая кабина плавных обтекаемых форм, с V-образным ветровым стеклом и оперением. В ней были установлены более мягкие подушка и спинка сиденья, обеспечивавшие удобную посадку водителя и в значительной мере способствовавшие снижению усталости его при работе. Кабина полностью изготавливалась из листовой стали путём сварки отдельных штампованных панелей, что значительно повышало её долговечность в сравнении с кабиной автомобиля ЗИС-5, имевшей деревянный каркас. Капот, крылья и облицовка радиатора, также имевшие плавные обтекаемые очертания, сравнимые по стилю с оперением легковых автомобилей того времени, в сочетании с кабиной придавали грузовику современный внешний вид, немного улучшая заодно его аэродинамические характеристики. Группой художников-дизайнеров, работавших над внешним обликом нового грузовика, руководил конструктор-кузовщик Александр Евстафьевич Оксентьевич.
Платформа грузовика деревянная, новой конструкции, имела откидные борта. Длина платформы 3800 мм, ширина — 2300 мм и высота бортов — 620 мм.
К концу 1938 года конструкторами КЭО ЗИС были полностью закончены рабочие чертежи грузового автомобиля ЗИС-15. Краткая заметка «Грузовик ЗИС-15» в журнале «За рулём» №8 за 1939 год (подписан к печати 17 апреля) гласила: «Конструкторско-экспериментальный отдел автозавода имени Сталина 9 марта в подарок XVIII съезду партии выпустил первый опытный образец грузового автомобиля ЗИС-15. Грузоподъемность нового автомобиля 3,5-5 тонн. Значительно улучшена конструкция заднего и переднего мостов, а также рамы. Машина имеет удобную трёхместную цельнометаллическую кабину обтекаемой формы». По всей видимости, ЗИС-15 еще не был собран, поэтому заметка была проиллюстрирована рисунком одного из вариантов ЗИС-5Э.
В следующем номере журнала «За рулём» (№9, подписан к печати 22 апреля), в заметке «Новые автомобили ЗИС», об автомобиле ЗИС-15 уже говорилось несколько подробнее: «Новый, спроектированный заводом, грузовой автомобиль ЗИС-15 рассчитан на перевозку 5 тонн грузов на асфальтовых и шоссейных дорогах и 3,5 тонны — на грунтовых дорогах. Новый грузовик снабжен двигателем мощностью 82 л.с., более экономичным, чем обычные двигателя. Кабина — трёхместная, цельнометаллическая. Платформа увеличена в длину и ширину. В ближайшее время будут окончательно уточнены чертежи автомобиля ЗИС-15, и в конце этого года он пройдет государственные испытания. Грузовик ЗИС-15 заменит ныне выпускаемые грузовики ЗИС-5. На базе грузового автомобиля ЗИС-15 намечено создать экспериментальный автобус вагонного типа, газогенераторную машину, тягач и самосвал. В результате двухлетней разработки быстроходных дизельных двигателей для грузовых автомобилей автозавод изготовил два опытных образца нового дизельного двигателя ЗИС-Д7. Новый дизельный двигатель позволяет работать на более дешевом топливе. По основным показателям — расходу горючего, мощности, удельному весу — он превосходят двигатели лучших заграничных марок. При испытании на стенде дизель показал мощность 96 л.с. Наркомат среднего машиностроения создал комиссию для государственного испытания этого двигателя в лабораторных и дорожных условиях».
В том же 1939 году первый опытный образец автомобиля ЗИС-15 (в воспоминаниях Б.М. Фиттермана встречается также обозначение ЗИС-15Х) поступил на дорожные испытания. Следующая заметка в журнал «За рулём», в №12 за 1939 год (подписан к печати 21 июня) сообщала: «Первый грузовой автомобиль «ЗИС-15», выпущенный московским автозаводом им.Сталина в подарок XVIII съезду партии, прошёл уже 5 тыс. километров дорожного испытания с нагрузкой 5 тонн. Испытания дали хорошие результаты. Сейчас на автозаводе заканчивается сборка второго грузовика. В ближайшие дни будет приступлено к сборке третьего грузовика «ЗИС-15», в конструкцию которого решено внести некоторые усовершенствования».
Необходимость «некоторых усовершенствований» объяснялась тем, что после проведенных испытаний, показавших недостаточную мощность двигателя, масса перевозимого груза по шоссе была уменьшена до 4 т. Однако при этом масса грузовика в снаряженном состоянии оказалась слишком велика, а объём грузовой платформы стал слишком велик для уменьшившейся грузоподъёмности. Как свидетельствует в своих воспоминаниях Б.М.Фиттерман, работавший в то время на ЗИСе начальником бюро шасси КЭО, «в целом создали по тому времени совершенно современный грузовик грузоподъемностью 4 тонны. К сожалению, его масса оказалась большой — свыше 4300 кг. Серьёзной пpoблемой был выбор распределения нагрузок по осям, особенно с грузом. После долгих споров, несмотря на нажим «модернистов» — а их было много, в том числе и Липгарт на ГАЗе, — после длительных специальных испытаний на различных видах грунтов приняли отношение 25 к 75 процентам, вместо 23 к 78 процентам у ЗИС-5. Опыт показал, что по тому времени и по тем дорогам это было оптимальное соотношение при неведущем передке. После первых испытаний отметили недостатки автомобиля ЗИС-15Х, и было решено создать новую модернизированную модель ЗИС-15К с укороченной базой и меньшей массой. Облегчение довели до 300 кг. К сожалению, часть замеченных дефектов сразу не устранили. К ним, прежде всего, нужно отнести короткие и жёсткие передние рессоры — дань «американским аналогам», что помимо дискомфорта приводило к частым поломкам».
Первый образец ЗИС-15 по завершении испытаний был отправлен на Всесоюзную сельскохозяйственную выставку (ныне – ВДНХ). Поясняющая табличка при нем по-прежнему гласила, что ЗИС-15 способен перевозить до 5 тонн груза.
Третий образец, также с базой 4100 мм, был собран в следующем, 1940 году. На основании приведенных в статье Ю.Клейнермана (журнал «За рулём» №9 за 1940 год, подписан к печати 23 мая) сведений можно с высокой долей вероятности утверждать, что на опытном образце №3 автомобиля ЗИС-15 был установлен двигатель с алюминиевыми поршнями и увеличенной до 5,7 степенью сжатия, мощность которого была доведена до 90 л.с. при 2700 об/мин. В пользу этого предположения говорит и то, что такой двигатель уже выпускался в Экспериментальном цехе КЭО ЗИС и устанавливался на выпускавшемся серийно с 1938 года автобусе ЗИС-16. Применение алюминиевых поршней позволяло снизить общий вес прямолинейно движущихся частей, значительно разгрузить кривошипно-шатунный механизм, повысить теплопроводность днища поршня; последнее, в свою очередь, способствует повышению степени сжатия и понижению температуры выхлопа.
Как указывалось выше, для автомобиля ЗИС-15 была спроектирована и готовилась к производству новая пятиступенчатая коробка передач по широко применявшейся в то время схеме «Кларк», с ускоряющей пятой передачей и постоянным зацеплением шестерён III и V передач, которые были выполнены спиральными с целью уменьшения шума при работе. Для включения указанных передач были применены зубчатые муфты лёгкого переключения типа «изишифт». Передаточное отношение ускоряющей передачи было подобрано из расчёта достижения максимальной скорости 75 км/ч. Представляется весьма вероятным, что такая коробка передач была установлена на опытном образце №3, однако без особых изменений коробка с такими же передаточными отношениями (I — 6,24; II — 3,32; III — 1,90; IV — 1,00; V — 0,81; ЗХ — 6,70) впоследствии была применена на автомобиле ЗИС-150.
Задний ведущий мост опытного образца №3, так называемого «пистолетного» типа, имел плоскость крепления картера редуктора главной передачи, наклонённую под углом 45°, что позволило увеличить дорожный просвет. В связи с установкой новой коробки передач, передаточное число главной передачи заднего моста было увеличено до i=7,63. Оба конструктивных решения впоследствии были также приняты для автомобиля ЗИС-150.
Кроме того, в связи с уменьшением колесной базы ЗИС-15, из трансмиссии по требованию технологов был исключен промежуточный карданный вал с целью упрощения конструкции. Такая схема трансмиссии, с одним карданным валом, впоследствии также была применена на ЗИС-150, сослужив при этом очень плохую службу.
Опытный образец ЗИС-15 №3 получил шины низкого давления размером 9,00-20. Значительно изменился внешний вид облицовки радиатора и капота. Рулевой механизм остался того же типа, что и на опытных образцах №№1 и 2, но его передаточное число было увеличено до i=22,3.
На основании указанной статьи Ю.Клейнермана, а также статьи Ф.Колесникова «Советский автомобиль третьей пятилетки», опубликованной в том же году в «Автобронетанковом журнале», следует, что в дальнейшем в двигатель автомобиля ЗИС-15 предполагалось ввести следующие изменения:
— поверхностную закалку шеек коленчатого вала токами высокой частоты по методу русского учёного, профессора В.П.Вологдина (за создание этого метода в 1943 году он будет удостоен Сталинской премии);
— коренные подшипники со сменными тонкостенными биметаллическими вкладышами, залитыми свинцовистой бронзой. Это было вызвано тем, что подшипники с заливкой антифрикционным сплавом непосредственно по телу блока и крышек при существенном увеличении мощности двигателя и частоты его вращения значительно снижают его ресурс;
— специальное покрытие поршней и поршневых колец;
— систему вентиляции картера и двойную фильтрацию масла, что должно было значительно уменьшить расход масла и повысить износоустойчивость трущихся поверхностей двигателя;
— биметаллический термостат в системе охлаждения, дающего возможность поддерживать равномерный тепловой режим двигателя при минимальных потерях топлива;
— водяной насос системы охлаждения повышенной производительности;
В соответствии с постановлением Совнаркома СССР и ЦК ВКП(б), в 1941-1942 годах завод должен был построить ещё пять опытных образцов ЗИС-15, провести их государственные испытания и параллельно закончить технологическую подготовку серийного производства нового грузовика. ЗИС-15 должен был стать основным типом народнохозяйственного грузовика Московского автозавода, на базе которого планировалось выпускать целое семейство автомобилей различного назначения:
ЗИС-17 — автобус вагонной компоновки;
ЗИС-23 — трёхосный полноприводный (6х6) грузовик;
ЗИС-24 — двухосный полноприводный (4х4) грузовик-вездеход;
ЗИС-25 — газогенераторный автомобиль;
ЗИС-26 — седельный тягач;
ЗИС-27 — самосвал;
ЗИС-28 — газогенераторный автомобиль.
Кроме того, намечалось создание и газобаллонного автомобиля.
Грузовик ЗИС-15 неожиданно стал символом автомобильной промышленности: его художественное изображение в следующем, 1941 году украшало первую страницу обложки каждого номера журнала «Автомобиль» (образованного объединением издававшихся до конца 1940 года журналов «За рулём» и «Мотор») — главного автомобильного журнала СССР (фото1, фото2).
Помимо бензинового двигателя, как говорилось выше, для автомобиля ЗИС-15 предусматривался и дизель. Работы по дизельным двигателям были начаты на заводе ещё в 1934 году и велись под руководством Павла Васильевича Сметанникова, Николая Александровича Нилова, Николая Ивановича Рябова. Первый созданный тогда шестицилиндровый дизель ЗИС-Д5 оказался маломощным и несовершенным. Мощность двигателя ЗИС-Д6 удалось увеличить с 65 до 75 л.с. Следующим этапом стало создание абсолютно нового дизеля 3ИС-Д7 для перспективного базового грузового автомобиля. Его принципиальным отличием от предыдущих серий стало увеличенное на 4 мм расстояние между цилиндрами. Установочные размеры дизеля ЗИС-Д7 были одинаковы с бензиновым двигателем, что позволяло устанавливать на автомобиль ЗИС-15 тот или другой двигатель, в зависимости от требований эксплуатации.
Проведенные в течение длительного времени испытания дизельного двигателя ЗИС-Д7 на специально оборудованном автомобиле ЗИС-5 дали удовлетворительные результаты, и была начата подготовка его серийного производства.
Начавшаяся война остановила всё дальнейшее перспективное проектирование, не связанное со специальной (оборонной) техникой. Дальнейшие конструкторские работы по грузовому автомобилю ЗИС-15 были временно прекращены. Ни один из далее планировавшихся образцов ЗИС-15 построен не был, а начавшаяся подготовка его производства, которое должно было развернуться в 1942 году, также прекратилась. В связи с войной никогда не было организовано и производство дизельных двигателей ЗИС-Д7 (впоследствии к ним пытались вернуться в начале 1950-х годов).
В ходе эвакуации завода в 1941 году вместе с оборудованием были эвакуированы и числившиеся за КЭО примерно 80 автомобилей — легковых, грузовых и автобусов, в том числе и опытный образец №1 грузовика ЗИС-15, попавший на ульяновский филиал ЗИСа. В Ульяновске он эксплуатировался как транспортная машина и был списан, вероятно, ещё в годы войны. Пробег его до списания составил 80 000 км. В 1943 году по приказу Главного инженера Московского завода им.Сталина В.Н.Тахтарова в Ульяновск был передан и второй опытный образец ЗИС-15. В конце 1945 года, вместе с группой работников Ульяновского автозавода им. Сталина, возглавляемой Б.Л.Шапошником, и оборудованием экспериментального производства УльЗИСа он последовал в Новосибирск на строящийся Новосибирский автомобильный завод (НАЗ), где эксплуатировался также в качестве транспортной машины и в 1947 году был списан по износу с пробегом 60 000 км. Третий опытный образец ЗИС-15 за время эксплуатации имел пробег 30 000 км, в том числе 15 000 в режиме испытаний, после окончания которых, по всей видимости, он был разобран с целью изучения состояния агрегатов. А в 1944 году из того, что осталось от третьего образца ЗИС-15 (начиная с рамы), был собран первый опытный ЗИС-150.
Текст - Дмитрий Боголюбов
pour Jina |
