Модернизированные УралЗиС

На основании технического задания ОГК № 792 от 1 декабря 1953 г. в период августа–октября 1954 г. были проведены заводские контрольные испытания опытных автомобилей: двух УралЗиС-353 и двух УралЗиС-354.

Автомобили с гаражными номерами № 30, 33 и № 31, 34 изготовило отделение новых конструкций экспериментального цеха Государственного Союзного Уральского автомобильного завода им. Сталина (УралЗиС) в соответствии с техническим проектом, утвержденным Глававтопромом Министерства автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР. Испытания проводила лаборатория дорожных испытаний завода. Их целью являлась оценка надежности, динамических качеств, экономичности, износостойкости и удобства обслуживания в сравнении с автомобилями ЗиС-5 и УралЗиС-352.

Автомобиль УралЗиС-353 представлял собой грузовой автомобиль грузоподъемностью 3–3,5 т с бензиновым двигателем, а УралЗиС-354 имел грузоподъемность 2,5–3 т и газовый двигатель. У обоих автомобилей были одинаковые шасси. В конструкции опытных автомобилей УралЗиС использовался ряд агрегатов автомобиля ЗиС-5, ГАЗ-51, а также ряд узлов и деталей других автомобилей отечественного производства. От грузовика ЗиС-151 – шины, амортизаторы, приборы электрооборудования и др.

Ряд агрегатов опытных грузовиков являлись оригинальными, специально созданными для новых автомобилей: головка и блок цилиндров двигателя, коллектор, насос охлаждающей жидкости, подогреватель двигателя, рама, задние тормоза, передний мост, оперение, газогенераторная установка, бензобак и др.

На автомобилях устанавливались кабины ГАЗ-63 с измененным передним щитом. Для лучшего доступа к аккумуляторам при техническом обслуживании в днище под сиденьем был сделан люк.

На испытуемых образцах автомобилей установили сцепления двух типов: двухдисковые типа ЗиС-5 с разрезной ступицей ведомых дисков и однодисковые с центральной конической пружиной.

Использовались коробки передач ЗиС-5 с некоторыми изменениями; задние мосты – аналогичные агрегатам автомобилей ЗиС-5 и УралЗиС-352, конструкция которых также была доработана. Детали шарниров карданной передачи и промежуточной опоры были унифицированы с аналогичными деталями автомобиля ГАЗ-51. По типу автомобиля ГАЗ-51 выполнялся рулевой механизм: вал сошки в сборе с усиленным роликом, а также глобоидальный червяк взаимозаменяемые. Рулевые тяги и рычаги трапеции спроектировали заново.

Передний мост опытных автомобилей представлял собой мост автомобиля ЗиС-5 со шкворнями увеличенного диаметра и магазинной смазкой. Из-за изменения конструкции передней части рамы увеличили расстояние между шкворнями и, следовательно, колеи на 30 мм. Рессоры передней подвески унифицированы с рессорами автомобиля ГАЗ-63. Пальцы передних рессор увеличили на 5 мм, задних на 3 мм по сравнению с автомобилем ЗиС-5.

У автомобиля УралЗиС-354 левая рессора была от автомобиля ГАЗ-51, а правая усиленная от автомобиля ГАЗ-63. На автомобилях применялись амортизаторы, унифицированные с амортизаторами автомобиля ЗиС-151.

Задняя подвеска опытных автомобилей отличалась от подвески автомобиля ЗиС-5 усиленной дополнительной рессорой и креплением пальца серьги.

Бензобак автомобиля УралЗиС-353 емкостью 110 л вместо 60 л у автомобиля ЗиС-5 устанавливался на левом лонжероне под кузовом.

Испытания пробегом

Опытные автомобили испытывались пробегом 12 500 км, в которые входили 1000 км обкатки, по дорогам III и IV классов Челябинской области, и длительным пробегом по маршруту Миасс–Москва–Миасс. Загрузка автомобилей УралЗиС-353 и УралЗиС-354 во время испытаний соответственно составляла 3,5 и 3 т. Основным топливом для грузовиков УралЗиС-353 служил автомобильный бензин с октановым числом 56. Для автомобилей УралЗиС-354 основным топливом служила березовая и сосновая чурка размером 70х70х70 мм, влажностью 20–25% абс.

Бензиновые автомобили за период испытаний в среднем расходовали 37–37,1 л топлива на 100 км. Газогенераторные – 0,34–0,43 м³ чурок. Использование сосновой чурки давало более высокий расход топлива.

Весовые данные автомобилей, распределение массы по осям определяли на автомобильных 10-тонных весах, обеспечивающих точность замера ±0,1%. Полная масса автомобилей и распределение ее по осям определялись при равномерной загрузке платформы балластом с водителем и пассажиром в кабине. УралЗиС-353 № 30 весил 3360/7000 кг, № 33 – 3310/6950 кг. Газогенераторные УралЗиС-354: № 31 – 3750/6900 кг, № 34 – 3790/6930 кг. Масса снаряженного автомобиля УралЗиС-353 по техническому проекту составляла 3400 кг, а УралЗиС-354 – 3850 кг.

Для сравнения масса автомобиля ЗиС-5 г/п 3000 кг составляла 3100 кг; 4-тонного ЗиС-150 – 3900 кг; 2,5-тонных ГАЗ-51 – 2710 кг, УралЗиС-352 – 3670 кг. Таким образом, отношение грузоподъемности к собственному весу у автомобиля УралЗиС-353 значительно выше, чем у других автомобилей, а у автомобиля УралЗиС-354 выше, чем у автомобиля УралЗиС-352. Загрузка задних шин автомобилей УралЗиС-353 находилась на верхнем пределе, установленном ГОСТом. Передние шины автомобиля были недогружены. За период испытаний произошло семь случаев разрыва шин на задних колесах.

Габаритная длина автомобиля УралЗиС-353 составляла 6237/6250 мм при величине по проекту 6290 мм. УралЗиС-354 – 6380/6390 мм при проектной величине 6370 мм. Ширина автомобилей УралЗиС-353 по крыльям равнялась 2025/2015 мм, автомобилей УралЗиС-354 – 2010 мм при 2020 мм по проекту. Проектная ширина автомобилей по кузову составляла 2280 мм, величина базы – 3824 мм. Внутренние размеры платформы: автомобиля УралЗиС-353 – 3540х2069 мм, автомобиля УралЗиС-354 – 3075х2069 мм. Автомобиль УралЗиС-353 имел коэффициент использования габарита выше, чем у автомобилей ЗиС-5 и ЗиС-150, приближающийся к показателю большегрузного автомобиля ЯАЗ-200.

Автомобиль УралЗиС-354 по использованию габарита несколько отставал от автомобиля УралЗиС-352. Это объяснялось тем, что размеры платформы остались прежними при увеличении грузоподъемности на 0,5 т. Однако полезный объем кузова у автомобиля УралЗиС-354 был больше, чем у автомобиля УралЗиС-352 за счет установки спереди кузова специального ящика для запаса чурки. У автомобиля УралЗиС-352 запас чурки транспортировался в кузове.

Оценка радиусов поворота испытуемых автомобилей показала, что их радиусы поворотов значительно меньше, чем у автомобилей ЗиС-5 и УралЗиС-352 и практически одинаковы с автомобилем ЗИС-150, имеющим бòльшие размеры.

Рулевое управление испытуемых автомобилей имело следующие преимущества по сравнению с рулем ЗиС-5:

легкость в управлении автомобилем при маневрировании;
лучшую стабилизацию колес;
бòльшую надежность и износостойкость деталей.

По субъективной оценке водителей и инженеров-экспериментаторов, «отдача» рулевого колеса на руки водителей при движении по выбитой дороге была незначительна. Сравнительными заездами установлено, что для более удобного управления автомобилями требуется замена рулевого колеса Ø425 мм на рулевое колесо Ø430 мм (от автомобиля ГАЗ-51).

Испытания на динамику и экономические показатели

Динамические и экономические испытания опытных автомобилей проводили в районе г. Троицка в июле. Мерный участок представлял собой грунтовое укатанное шоссе с небольшим плавным поворотом посредине. Полотно мерного участка имело небольшую поперечную ребристость.

Определение динамических качеств производилось при помощи «пятого» колеса с самопишущим прибором «путь-время-скорость» фирмы «Тель». Расход топлива определялся при помощи расходомера НАМИ, обеспечивающего точность замера ±5 cм³ и работающего без разрыва подачи топлива в момент переключения кранов.

Испытания автомобиля УралЗиС-353 № 30 производилась на бензине А-56, а автомобиля УралЗиС-354 № 31 на березовых чурках влажностью 18,5% абс. При испытаниях автомобиль УралЗиС-353 показал максимальную скорость 67,4 км/ч, примерно одинаковую с автомобилем ГАЗ-51 (68 км/ч) и значительно выше (около 15%), чем у остальных сравниваемых автомобилей.

Перед испытаниями на динамику были проведены стендовые испытания двигателей автомобилей. Двигатель автомобиля УралЗиС-353 развил мощность 88,8 л.с. при 2600 об/мин, максимальный крутящий момент 29,2 кгм при 1400 об/мин. Минимальный удельный расход топлива при полностью открытом дросселе составил 257 г/л.с..ч. Сравниваемый двигатель ЗиС-120 развил мощность 85,5 л.с. при 2450 об/мин – при такой частоте срабатывал регулятор оборотов. Двигатель ЗиС-120 показал удельный расход 283 г/л.с..ч.

Двигатели УралЗиС-353 и УралЗиС-354 представляли собой модернизированные двигатели ЗиС-5М и УралЗиС-352. Для увеличения мощности, улучшения экономичности, уменьшения массы, повышения долговечности, надежности и удобства обслуживания в их конструкцию ввели следующие усовершенствования:

отдельные каналы в блоке к каждому клапану, проходные сечения каналов и впускных клапанов увеличены;
установка карбюратора К-47 с падающим потоком и соответственно нового воздушного фильтра типа ЗИС-120 (на газогенераторном двигателе – верхний смеситель типа тройник падающего потока);
расширение фаз газораспределения, обеспечивающее улучшение наполнения цилиндров;
повышена степень сжатия до 5,8–6 бензинового двигателя и 7,6 – газогенераторного, изменена форма камеры сгорания;
использованы алюминиевые поршни, плавающие поршневые пальцы и соответственно изменены шатуны;
внедрены антикоррозийные (короткие) гильзы цилиндров и износостойкие седла выпускных клапанов;
масляная система получила сдвоенный масляный фильтр грубой и тонкой очистки;
просверленная в блоке масляная магистраль с отводами ко всем коренным подшипникам и к переднему подшипнику распределительного вала;
улучшены уплотнения коленчатого вала;
система вентиляции переконструирована на принудительную;
водяной насос выполнен в одном агрегате с вентилятором, введена водораспределительная труба в блоке;
применена система охлаждения закрытого типа с термостатом, указателем температуры, жалюзи;
установлен пусковой подогреватель;
упрощен привод вспомогательных агрегатов двигателя;
перенос бензонасоса вперед (между 1-м и 2-м цилиндрами);
с правой стороны на левую сторону перенесен стартер;
напряжение электрооборудования повышено с 6 до 12 В.

При испытании тормозных качеств тормозные пути автомобилей УралЗиС-353 и УралЗиС-354 составляли в среднем 6,9 м, значительно меньше, чем у сравниваемых автомобилей, тормозные пути которых лежали в пределах 8–10 м. Высокие тормозные свойства опытных автомобилей объяснялись увеличением эффективности торможения задних колес при том же усилии на педали тормоза за счет раздельного привода тормозных колодок, то есть каждая колодка перемещалась отдельным цилиндром. Тормозные колодки были сварные, из листовой стали вместо литых чугунных. Колодки из-за малой жесткости имели деформацию. Главный тормозной цилиндр переместили с коробки передач на левый лонжерон рамы.

Ручной тормоз автомобилей УралЗиС-353 и УралЗиС-354 с механическим приводом на задние колеса оказался совершенно неработоспособным: несмотря на большое усилие на рычаге, удержать автомобиль на месте, даже на незначительном уклоне, было невозможно.

При сравнительных дорожных испытаниях по грязной дороге проходимость опытных УралЗиС-353 и УралЗиС-354 оказалась лучше, чем у автомобиля ЗиС-5. Это объяснялось в основном установкой шин с протектором повышенной проходимости и улучшением самоочистки колес за счет увеличения расстояния между шинами и увеличения количества в них окон.

Подвеска автомобилей УралЗиС-353 и УралЗиС-354 оказалась гораздо комфортабельнее подвески автомобиля ЗиС-5 и, по субъективным ощущениям, практически не отличалась от подвески автомобиля ГАЗ-51. За период испытаний было пять случаев поломок передних рессор.

Модернизация газогенераторной установки

Геометрическая проходимость автомобиля УралЗиС-354 по сравнению с УралЗиС-352 увеличилась за счет перекомпоновки низко расположенных узлов газогенераторной установки (циклона, трубопроводов). Низко расположенные элементы установки УралЗиС-352 получали повреждения при движении автомобиля в условиях лесозаготовок. В результате доработки конструкции установки уменьшилась ее металлоемкость за счет более рационального взаимного расположения ее агрегатов и их изменения.

В целях ликвидации загазованности произведены следующие конструктивные изменения:

установлен 3-заслоночный смеситель типа «тройник», две заслонки которого (дроссельная и воздушная) спарены (посредством пружины) и работали одновременно, не мешая производить регулировку присадки воздуха (воздушной заслонкой);
установлен легкосъемный разборный обратный клапан;
установлен патрубок забора воздуха воздушным фильтром из пространства снаружи капота.

В результате, по субъективной оценке испытателей, была полностью устранена загазованность кабины.

В целях устранения недостатков газогенераторной установки УралЗиС-352 произведены следующие ее конструктивные изменения.

По газогенератору:

увеличен вылет фурм до 25 мм (с целью предохранения камеры от чрезмерных деформаций в плоскости фурм);
установлена вертикальная кольцевая колосниковая решетка (позволяющая создать более равномерный отбор газа из камеры газификации и, следовательно, более равномерный нагрев нижней части камеры);
удалены рукоятка качения подвижной колосниковой решетки и люк для извлечения излишков угля, накопившегося на колосниковой решетке (необходимый уровень угля автоматически поддерживается вертикальной колосниковой решеткой).

По циклону:

установлен циклон типа НАМИ, имеющий измененную конструкцию пылесборника (циклон установлен впереди корпуса газогенератора, что предохраняло его от механических повреждений).

По охладителю-очистителю:

охладитель и тонкий очиститель объединены в один узел (охладитель располагался на корпусе тонкого очистителя, уменьшенном на 664 мм). Охладитель УралЗиС-354 воздушно-барбатажный, радиаторного типа, трехходовой, трубчатый. Тонкий очиститель с одним слоем фильтрующих колец.

По трубопроводам:

с 63,5 до 90 мм увеличен диаметр трубопроводов от циклона к охладителю;
изменено расположение трубопровода от тонкого очистителя к смесителю (трубопровод расположили вдоль левого лонжерона рамы и над двигателем).

Экономия металла установки УралЗиС-354 в сравнении с установкой УралЗиС-352 составляла 33,9 кг.

По результатам испытаний, установка УралЗиС-354 показала повышенный выход уносов, что объяснялось наличием кольцевой вертикальной колосниковой решетки. Периодичность загрузки топливом (березовыми чурками) газогенераторов УралЗиС-354 и УралЗиС-352 одинакова и составляла 50 км. В целом газогенераторная установка УралЗиС-354 являлась более совершенной и надежной по сравнению с установкой УралЗиС-352.

Доводка автомобилей в последующие годы

В последующие годы доводка автомобилей продолжалась. В 1956 г. НАМИ в соответствии с распоряжением министерства от 4 сентября 1955 г. и согласно плану работ проводил испытания и доводку опытного образца автомобиля УралЗИС-354. Бункер изготовили из кислотостойкой стали, вместо колец Рашига применили древесную соломку. В 1957 г. для выявления долговечности отдельных узлов газогенераторной установки проведены дорожные и эксплуатационные испытания автомобиля УралЗИС-354 в условиях лесовывозки. Применявшаяся на газогенераторе УралЗИС-354 камера газификации УралЗИС-352 начинала деформироваться через 17–22 тыс. км пробега. Деформацию вызывал возросший расход газа вследствие увеличения мощности двигателя с 45 до 55 л.с. В связи с этим разработали новую сварную камеру с 10 фурмами, имеющую подвод воздуха по кольцевому каналу.

Газогенераторный автомобиль УралЗИС-354 совместно с заводом рекомендовался в качестве образца для изготовления опытной партии с целью всесторонних эксплуатационных испытаний.

Также доводке подвергли бензиновый грузовик: в 1956 г. проведены межведомственные испытания модернизированных автомобилей УралЗИС-353М.

В дальнейшем результаты разработок были частично использованы при запуске в серийное производство новых моделей грузовых автомобилей Уральского автозавода.