Первые отечественные электромобили НАМИ-750 и НАМИ-751

По предварительным оценкам, в городских условиях перевозка грузов на электромобилях должна была обходиться на 15–20% дешевле, чем на автомобилях с бензиновыми двигателями. К преимуществам электромобилей можно отнести и то, что электродвигатель в пиковых режимах при ускорениях автомобиля может развивать мощность в 2–3 раза выше номинальной. Это позволяет разгоняться со значительными ускорениями.

Таким образом, в условиях городских перевозок преимущество эксплуатации электротранспорта оказывается более существенным, чем недостатки его применения, оправданным как с технической, так и с экономической точек зрения. Приказом Министра автомобильной и тракторной промышленности Союза ССР С.А. Акопова от 18 июля 1947 г. за № 395, изданным в соответствии с постановлением Совета Министров от 14 июля 1947 г. за № 2506, Научно-исследовательскому автомобильному и автомоторному институту (НАМИ) было поручено спроектировать и построить опытные образцы аккумуляторных электромобилей НАМИ-010 грузоподъемностью 0,5 и 1,5 т по 3 шт. Главным конструктором проекта был назначен Б. Шишкин.

Опытную серию закончили к 1 июля 1948 г. Два первых автомобиля подверглись пробеговым и стендовым испытаниям, чтобы установить соответствие их эксплуатационных качеств проектному заданию и проверить работоспособность оригинальных узлов.

Конструкция первых отечественных электромобилей НАМИ-750* и НАМИ-751* создавалась не путем копирования какого-либо образца, а самостоятельным проектированием на основе исследования перспективного развития электромобиля в целом и отдельных узлов и механизмов. В конструкции электромобилей НАМИ нашли свое отображение специфические условия эксплуатации автотранспорта в СССР, определяемые системой народного хозяйства, дорожными и климатическими условиями. Оба автомобиля, различающиеся грузоподъемностью, выполнены по единой принципиальной конструктивной схеме, которая продиктована стремлением приспособить электромобиль в наибольшей степени к его специальным условиям работы.

Обе машины представляли собой компактные фургоны вагонного типа. Перед передней осью и на ней располагалась кабина. Двухместное сиденье размещалось над колесами. В кабине находилось рулевое управление, две педали управления – ходовая и тормозная, а также рычаг механизма переключения переднего и заднего хода (реверса). Он монтировался на перегородке. В нише под сиденьем монтировались контроллеры управления и торможения, а также аккумулятор для освещения. Силовые контроллеры размещены в задней части рамы. Интересно, что кабина отделена от грузового отделения лишь с целью утепления, а в перегородке было окно. Весь кузов и откидные дверки выполнены на деревянном каркасе и обшиты изнутри фанерой. У НАМИ-750 – задняя стенка глухая с окном в верхней части, а у НАМИ-751 – задняя дверь с окном. Чтобы увеличить срок эксплуатации, все деревянные детали кузова обработаны олифой и покрыты лаком.

Управляемая передняя и ведущая задняя оси подвешены на полуэллиптических рессорах. Для снижения стоимости и расходов на эксплуатацию НАМИ-750 грузоподъемностью 0,5 т проектировался с максимальным использованием узлов автомобилей ГАЗ-АА и ГАЗ М-20 «Победа», тогда как НАМИ-751 грузоподъемностью 1,5 т базируется на ГАЗ-51. Важнейшим условием являются и динамические показатели транспортного средства: электромобиль не должен выпадать из ритма уличного движения, а электромашины НАМИ превосходили зарубежные аналоги того периода (Bleichert, Bergman и др.).

Поскольку при проектировании электромобиля были поставлены условия создания возможно более легкой конструкции, допускающей смену кузовов, конструкцию рамы выбрали в виде пространственной фермы, выполненной из легкого сплава марки Авт-I. Рамы обоих автомобилей проектировались по одной схеме и различались лишь в деталях. Масса рамы электромобиля НАМИ-750 составляет 90 кг, а НАМИ-751 – 110 кг. Это примерно в два раза меньше массы обычных стальных рам зарубежных электромобилей той же грузоподъемности. С внешней стороны рама облицована листами из авиаля. В местах расположения аккумуляторных батарей и контактных панелей в кузове были дверки. Верхняя часть рамы в пределах грузового отделения закрывалась сверху металлическими листами, которые образовывали пол кузова. Справа и слева под этим полом возле бортов размещались аккумуляторные батареи.

Испытания рам показали значительный запас прочности (в среднем 12–15 раз), который позволил бы в будущем снизить массу рамы электромобилей на 30–40% за счет уменьшения сечения профиля на 10–50%. Но по технологическим соображениям было решено оставить прежние размеры профилей.

На электромобилях обоих типов применили индивидуальный привод задних колес с помощью двух электромоторов. Крутящий момент от двигателя к колесу передавал через карданный вал и одноступенчатую зубчатую передачу с внутренним зацеплением. Индивидуальный привод дал возможность отказаться от дифференциала и тем самым повысить КПД передачи. Кроме того, такая конструкция привода требует меньших затрат при изготовлении. Электродвигатели жестко закреплялись на специальной поперечине рамы над балкой задней оси. Для повышения сохранности аккумуляторной батареи подвеска электромобилей НАМИ была выполнена очень мягкой.

Наличие двух двигателей в процессе разгона электромобиля позволяет осуществлять последовательное и параллельное соединения, что значительно снижало пусковые потери и экономило электроэнергию. Подобное соединение позволяло получить экономичные скорости движения: полную и половинчатую. При однодвигательном приводе тех же результатов можно добиться либо с помощью сложного двухколлекторного двигателя, либо путем последовательного и параллельного переключения батарей, что конструктивно сложно и ведет к потере энергии. Поэтому двухдвигательный привод, несмотря на некоторый проигрыш в массе, – более рациональное решение.

Тяговые электродвигатели имели последовательное возбуждение. Особенно ценным их свойством является способность снижать число оборотов при увеличении нагрузки. Благодаря этому потребляемая мощность не очень зависит от профиля дороги, и аккумуляторная батарея работает в наиболее благоприятных условиях.

При проектировании автомобилей тщательной проработке подвергалась конструкция органов управления для снижения физической нагрузки водителя при управлении машиной. Тормоза автомобиля гидравлические с приводом на все колеса.

Тормозная педаль одновременно связана с контактным устройством, которое на первой части хода переключает двигатели на электродинамическое торможение по параллельноперекрестной схеме, при которой якорь первого двигателя питает обмотку возбуждения второго и наоборот. Этим обеспечивается электрическая устойчивость при торможении. Тормозной контроллер имеет три пары контактов мостикового типа, которые поочередно замыкаются при движении штока контроллера в осевом направлении. Когда тормозная педаль отпущена, она давит на шток и сжимает его пружину. При этом все контакты контроллера разомкнуты. При нажатии тормозная педаль перестает давить на шток и тот под действием своей возвратной пружины передвигается в осевом положении, замыкая один за другим все три контакта. Замыкание контактов тормозного контроллера вызывает включение соответствующих силовых контактов. Электродинамическое торможение помогает водителю. Электрические тормоза начинают эффективно работать со скорости 12–15 км/ч.

Разгон и регулирование скорости осуществляется с помощью ходовой педали, которая связана тягой с контроллером управления. В примененной системе косвенного управления все необходимые переключения в цепи электродвигателей происходят с помощью силовых контроллеров с электромагнитным приводом. Главный кулачковый вал контроллера управления имел 7 ходовых позиций и, таким образом, 7 скоростей как при движении вперед, так и при движении назад. Кулачки специального профиля обеспечивают включение и выключение контактных элементов контроллера управления.

Первым четырем позициям контроллера соответствует последовательное соединение тяговых электродвигателей, при котором к ним подводится половинное напряжение, а по следующим трем позициям – параллельное соединение, при котором к двигателю подводится полное напряжение. Так называемое нормальное поле, при котором обмотки возбуждения электродвигателей шунтируются сопротивлениями, соответствует 4-й и 7-й позициям контроллера. Остальным позициям контроллера соответствует усиленное поле, при котором по обмотке возбуждения протекает полный ток двигателя. Режим усиленного поля введен для увеличения тягового усиления во время разгона электромобиля. Длительная езда возможна с полной (7-я позиция) и половинной (4-я позиция) скоростью. Для чего главный вал имеет фиксированные позиции.

Для изменения направления хода используется реверсный вал контроллера. Реверсный барабан имеет контакты пальцевого типа, которые рассчитаны на пропускание главного тока и предназначены для изменения направления тока, протекающего по обмоткам возбуждения двигателя. Барабан имеет три позиции: ход вперед, нейтральное положение, ход назад. Переключение реверсивного барабана производилось расположенной возле сидения водителя рукояткой.

Контактные кольца реверсора не имели искрогасительных устройств и не были рассчитаны на разрыв тока. По этой причине главный и реверсивный валы механически блокированы так, чтобы вращение реверсивного барабана было возможно лишь при отпущенной ходовой педали, а вращение главного вала – лишь при установке реверсивного барабана в положение вперед или назад.

Базовые АКБ 40 ТЭ-200 и 42 ТЭ-300 составлены из элементов типа ТЭ – свинцово-кислотных аккумуляторов, собранных из намазны`х пластин в эбонитовых бачках, и смонтированы в двух деревянных ящиках. Обеспечиваемый пробег 60–70 км при среднеэксплуатационной скорости 20–25 км/ч занимал всего 2,5–3,5 ч. Для увеличения суточного пробега в институте разработали специальный выпрямитель, дающий возможность подзаряжать аккумуляторные батареи от обычной городской электросети напряжением 127 или 220 В. Таким образом, популярные сегодня «розеточные» электрокары появились в нашей стране 60 лет назад. Сконструированный НАМИ зарядник давал ток 40–50 А при разряженных батареях, что позволяло увеличить ход электромобиля на 40–100%.

Фактическая полная масса электромобилей на испытаниях составила 2416 и 4289 кг. Запас хода груженого электромобиля сокращался до 48–50 км, а средний эксплуатационный составлял 50–65 км. Электромобили могли преодолевать подъемы крутизной до 11%. В условиях СССР даже при ежегодном выпуске 5000–10 000 электромобилей их рассчетная стоимость стала в два раза выше, чем ГАЗ-АА и ГАЗ М-415. При этом в расчетах учитывалась не стоимость ГАЗ-АА, а цена более дорогого ГАЗ-51. НАМИ-750 без аккумуляторной батареи стоил 12 тыс., а с батареей – 16 тыс. руб. НАМИ-751 стоил 18 тыс. и 24 тыс. руб. соответственно. Кроме высокой стоимости производства аккумуляторных электромобилей были и другие препятствия. Мир вступил в ядерную эпоху, Министерству среднего машиностроения потребовался свинец в громадных объемах, и аккумуляторы стали большим дефицитом. Это отчасти и остановило развитие производства электромобилей в СССР и вынудило отказаться даже от производства электропогрузчиков, которое успешно развернулось за рубежом.