ДМ-21: почти гибридный ЗИС

31.03.2018

История, как известно, развивается по спирали, и многое новое на поверку оказывается хорошо забытым старым. Взять, к примеру, столь популярные нынче автомобили с гибридным приводом, в которых двигатель внутреннего сгорания используется как источник энергии для питания тягового электродвигателя. «Предки» нынешних гибридов – автомобили с электрической трансмиссией, но еще без накопителя электроэнергии – вполне себе серийно выпускались еще с сороковых годов прошлого века, причем даже в нашей стране! В частности, в 1947-м Московский автозавод им. Сталина начал производство городских автобусов ЗИС-154 с дизель-электрическим силовым агрегатом. А чуть позже, в 1956-м, дизель-электрический силовой агрегат «примерил» и грузовик ЗИС-151. Дело, правда, ограничилось постройкой всего одного экспериментального образца (модель ДМ-21) для проведения научно-исследовательских работ. Что, однако, не умаляет интереса к данной конструкции!

ДМ-21
ДМ-21

В судьбе едва ли не каждого советского грузовика, а уж тем более вездеходного, самое непосредственное участие принимало военное ведомство. А потому кроме стандартных «гражданских» видов испытаний – заводских, приемочных, контрольных, гарантийных, междуведомственных и т.д. – все образцы перспективной полноприводной техники держали экзамен еще и перед военными специалистами. Такого рода испытания традиционно проводились в профильном военном учреждении – знаменитом 21-м институте, расположенном в подмосковных Бронницах. Причем материально-технической базе этого института могли позавидовать испытатели любого советского автозавода. Так, после войны для объективной оценки тягово-динамических качеств испытуемой колесно-гусеничной техники в НИИ-21 появилась специальная динамометрическая машина, созданная на базе трофейного полугусеничного тягача Famo. К середине 1950-х эта машина, впрочем, порядком поизносилась, а ее функциональные возможности уже представлялись недостаточными.

До постройки ДМ-21 в НИИ-21 эксплуатировалась динамометрическая машина на базе трофейного полугусеничного тягача Famo
До постройки ДМ-21 в НИИ-21 эксплуатировалась динамометрическая машина на базе трофейного полугусеничного тягача Famo

Кроме того, нужно учесть, что еще с конца 1940-х годов в Советском Союзе резко активизировались конструкторские работы по автомобилям повышенной проходимости; параллельно шел процесс замены грузовиков устаревших моделей более современными конструкциями. В этой связи нагрузка на испытательный полигон НИИ-21 с каждым годом лишь росла, и потребность института в современной динамометрической машине, способной обеспечить более высокую точность исследований, стала очень актуальной! «Наверху» отреагировали быстро: 20.07.1955 г. в научно-техническом комитете Автотранспортного управления Минобороны СССР родилось распоряжение № 34, которое предусматривало разработку новой динамометрической машины силами НИИ-21 и расположенного по соседству Опытного завода № 38.

Согласно техзаданию, в круг основных обязанностей новой динамометрической машины, названной ДМ-21, входили испытания любых колесных машин с силой тяги на крюке до 10 тонн. Другими словами, она должна была обслуживать испытания полного перечня советских грузовиков от ГАЗ-63 до ЯАЗ-214. При этом массогабаритные параметры самой динамометрической машины предстояло было выбрать таким образом, чтобы в ходе определения тяговых характеристик даже самый легкий из испытуемых грузовиков смог буксировать ее за собой, а при определении сопротивления качению сама ДМ-21 была бы способна сдвинуть с места тяжелый ЯАЗ. Имелся и ряд специфических требований: например, нужна была возможность плавного регулирования развиваемого машиной тормозного усилия в большом диапазоне скоростей (от 0 до 80 км/ч). А в довершение всему прецизионному измерительному оборудованию требовалась надежная защита от пыли и осадков. Учитывая все эти факторы, в качестве базового шасси для динамометрической машины был выбран грузовик ЗИС-151 с универсальным кузовом-фургоном типа «СН» (в исполнении для электрокарбюраторной мастерской из состава комплекса ПАРМ-2). А возможность использования машины ДМ-21 в качестве эффективного тормозного устройства в институте решили обеспечить путем внедрения совершенно нового силового агрегата с электрической трансмиссией.

Монтаж дизель-электрического силового агрегата и приборов управления произвели в стандартный кузов типа «СН», разделенный перегородкой на два отсека. В переднем отсеке продольно установили силовой агрегат, а в заднем отсеке – приборы управления и рабочие места для бригады испытателей
Монтаж дизель-электрического силового агрегата и приборов управления произвели в стандартный кузов типа «СН», разделенный перегородкой на два отсека. В переднем отсеке продольно установили силовой агрегат, а в заднем отсеке – приборы управления и рабочие места для бригады испытателей

Штатный карбюраторный двигатель с ЗИСа вместе с водяным и масляным радиаторами демонтировали. Зато в передней части фургона смонтировали энергоустановку из 135-сильного двухтактного дизеля ЯАЗ-204В и генератора, в роли которого выступал электродвигатель ДК-202Б от троллейбуса МТБ-82Д. Еще один такой же электродвигатель мощностью 86 кВт установили под опустевшим капотом и соединили через сцепление со стандартной зисовской трансмиссией. Там же, под капотом, разместили пусковой реостат КФ-2А-1 троллейбусного типа, который в данном случае играл роль тормозного реостата.

Вид на передний отсек через дверь в правом борту кузова-фургона. Для нормального охлаждения дизеля ЯАЗ-204В в передней стенке кузова СН сделали вырез для обдува радиатора. Сам радиатор вместе с более производительным вентилятором позаимствовали от дизеля ЯАЗ-206. В вырез установили жалюзи, управляемые из кабины
Вид на передний отсек через дверь в правом борту кузова-фургона. Для нормального охлаждения дизеля ЯАЗ-204В в передней стенке кузова СН сделали вырез для обдува радиатора. Сам радиатор вместе с более производительным вентилятором позаимствовали от дизеля ЯАЗ-206. В вырез установили жалюзи, управляемые из кабины

Створки зисовского капота теперь открывали доступ к массивному тормозному реостату, установленному над тяговым электромотором
Створки зисовского капота теперь открывали доступ к массивному тормозному реостату, установленному над тяговым электромотором

В зависимости от режима работы машины ДМ-21 оба электромотора выполняли разные функции. Когда динамометрическая машина выступала тягачом или просто двигалась своим ходом, электромотор в кузове использовался как тяговый генератор, снабжавший электричеством тяговый электромотор под капотом. А тогда, когда испытуемый грузовик брал динамометрическую машину на буксир для определения силы тяги на крюке, электромотор в кузове переключали на режим тормозного генератора для создания тормозного усилия на электромоторе под капотом. Солидная энерговооруженность ДМ-21 вкупе с электрической трансмиссией теоретически позволяли полностью отказаться от применения коробки передач. Однако ее сохранили, чтобы иметь возможность подбора наиболее оптимальных оборотов для работы генератора на любом режиме движения. Из других заметных доработок, которым подвергся ЗИС-151 в ходе трансформации в ДМ-21, стоит назвать замену левого топливного бака более вместительным (от ЯАЗ-210), усиление передней подвески двумя подкоренными листами и установку батареи из четырех аккумуляторов 6СТ-140 вместо одного штатного аккумулятора 6СТ-100.

К переднему бамперу крепилось специальное дышло с динамометрическим звеном из стали с высоким модулем упругости. Для доступа внутрь рабочего помещения ДМ-21 служила дверь в задней стенке фургона
К переднему бамперу крепилось специальное дышло с динамометрическим звеном из стали с высоким модулем упругости. Для доступа внутрь рабочего помещения ДМ-21 служила дверь в задней стенке фургона

Бригада испытателей состояла из 4 человек: руководителя, оператора динамометрической машины и двух водителей. Для связи между всеми членами экипажа служило танковое переговорное устройство ТПУ-4-47. Рабочие места руководителя испытаний и оператора оборудовали в заднем отсеке фургона. Перед столом оператора располагался щит контрольных приборов, позволяющих следить за режимами работы тормозного и основного генератора, управлять режимами торможения и включать линейные контакторы. Здесь же находились рукоятки управления контроллером и рейкой топливного насоса дизельного двигателя. В кабине же штатная панель приборов пополнилась новым амперметром, вольтметром, тахометром и кнопками пуска и останова дизеля. На ДМ-21 имелись два основных измерительных устройства: динамометрическое дышло на переднем бампере с четырьмя тензометрическими датчиками, а также гидравлический динамограф, закрепленный сзади вместо штатного буксирного прибора (он передавал сигнал на регистрирующий самописец в кузове).

Интерьер рабочего помещения ДМ-21: 1 – щит контрольных приборов, 2 – кожух генератора, 3 – защитный кожух датчика тахометра, 4 – двойной настил пола с нишами для размещения балласта весом до 2,5 т (требовался при испытаниях наиболее тяжелых образцов техники для увеличения сцепного веса), 5 – сиденья оператора и руководителя испытаний
Интерьер рабочего помещения ДМ-21: 1 – щит контрольных приборов, 2 – кожух генератора, 3 – защитный кожух датчика тахометра, 4 – двойной настил пола с нишами для размещения балласта весом до 2,5 т (требовался при испытаниях наиболее тяжелых образцов техники для увеличения сцепного веса), 5 – сиденья оператора и руководителя испытаний

Новые приборы в кабине водителя: 1 – амперметр, 2 – тахометр, 3 – кнопки запуска и останова дизельного двигателя
Новые приборы в кабине водителя: 1 – амперметр, 2 – тахометр, 3 – кнопки запуска и останова дизельного двигателя

Как все это хозяйство функционировало? К примеру, для снятия тяговой характеристики на испытуемый автомобиль заранее устанавливали датчики скорости и степени открытия дроссельной заслонки (либо датчик положения рейки топливного насоса). Руководитель испытаний назначал водителям номера ступеней в коробках передач и раздаточных коробках и давал команду к началу движения испытуемого автомобиля с полностью нажатой педалью газа. После этого автомобиль начинал двигаться по ровному участку местности, буксируя за собой динамометрическую машину ДМ-21. По достижении максимальной скорости производился начальный замер силы тяги на крюке. Затем по команде руководителя в ДМ-21 включался первый режим торможения, и повторно снимались показания силы тяги и скорости. Аналогичным образом повторялись замеры вплоть до седьмой ступени торможения включительно.

Вид на рабочее место оператора ДМ-21
Вид на рабочее место оператора ДМ-21

При определении силы сопротивления качению машина ДМ-21 уже играла роль тягача. Теперь подопытный автомобиль на тестовом участке местности устанавливался позади динамометрической машины и при помощи жесткого буксира присоединялся к гидравлическому динамографу. Для исключения влияния сил трения в трансмиссии с испытуемого автомобиля перед замерами снимались полуоси. По команде руководителя ДМ-21 начинала движение с небольшой скоростью – порядка 8-10 км/ч (для исключения влияния сопротивления воздуха). По достижении установившейся скорости включался самописец динамографа, регистрирующий нагрузки. Также ДМ-21 позволяла снимать экономическую характеристику равномерного движения автомобиля. Для этого замеры проводили на дороге с асфальтовым или бетонным покрытием. Причем вначале на топливную экономичность испытывали одиночный автомобиль. На втором этапе ДМ-21 подцеплялась к испытуемому автомобилю и буксировалась в незаторможенном состоянии. При этом через равные интервалы скорости (обычно 10 км/ч) снимались показания текущего расхода топлива и силы тяги на крюке. Затем цикл измерений повторялся еще несколько раз на различных ступенях торможения ДМ-21, вплоть до полной остановки испытуемого автомобиля.

Динамометрическая машина ДМ-21 на испытаниях ЯАЗ-214
Динамометрическая машина ДМ-21 на испытаниях ЯАЗ-214

С помощью ДМ-21 можно было проводить и испытания на проходимость (по сцеплению) автомобилей и гусеничных тягачей весом до 20 тонн. При этих испытаниях тестируемая машина на определенном участке грунта или снежной целины притормаживалась динамометрической машиной до момента возникновения пробуксовки. В этот момент фиксировалась развиваемая сила тяги. Во время такого испытания, корректируя нагрузки на оси, можно было определить наиболее оптимальную развесовку подопытных автомобилей, при которой достигалось наивысшее тяговое усилие. Аналогичные испытания можно было проводить и для оценки влияния параметров шин (диаметр, давление, рисунок протектора) на проходимость автомобиля. Для проведения подобного рода исследований в НИИ-21 на основе шасси ГАЗ-63 даже была создана специальная испытательная установка ВАТТ, предназначенная для работы в паре с ДМ-21. Такой «газик» получил систему внешней подкачки колес и датчики для регистрации величины деформации шин и глубины оставляемой колеи.

ДМ-21А в паре с испытательной установкой ВАТТ на базе ГАЗ-63
ДМ-21А в паре с испытательной установкой ВАТТ на базе ГАЗ-63

Наконец, динамометрическая машина ДМ-21 была опробована еще и в качестве тягача опытного активного прицепа 2-АЭП-2 с электрической трансмиссией и двумя собственными тяговыми электродвигателями. Этот автопоезд прошел серию полигонных испытаний в 1959 году.

ДМ-21 с активным прицепом 2-АЭП-2
ДМ-21 с активным прицепом 2-АЭП-2

К слову, помимо 21-го института, собственными динамометрическими машинами в 1960-х годах обзавелись и другие заинтересованные учреждения: автополигон НАМИ в Дмитрове использовал динамометрическую машину на базе КрАЗ-214Б:

А столичный институт НАМИ использовал динамометрическую машину на базе грузовика ЗИЛ-157К, переоборудованного на колесную формулу 4х4. На переднем бампере этой машины крепился балластный ящик, служивший для изменения нагрузок на оси. Полная масса подготовленной к испытаниям машины с балластом – 7 т.

Наконец, в НАМИ была и более тяжелая динамометрическая машина (тягового класса 10 т). Она базировалась уже на шасси МАЗ-502, оснащенном для повышения проходимости арочными задними шинами. Индекс этой машины – НАМИ-СДМ-01:

МАЗ-514 и НАМИ-СДМ-1
МАЗ-514 и НАМИ-СДМ-1

Спасибо, что дочитали до конца!

Другие статьи , имеющие отношение к деятельности бронницкого НИИ-21, в моем блоге:

"Фургон в ящике" - про опытную работу по созданию комплекта деталей, с помощью которых бортовые грузовики ЗИЛ-164 и МАЗ-200 при необходимости можно было превратить в закрытые фургоны;

"Большие гонки 1956 года: чем круче джип..." - про сравнительные испытания серийных и опытных советских автомобилей на проходимость в заболоченной местности.