Durante o desenvolvimento da fábrica ZIL-135E trabalhou em um novo chassi de longa distância entre eixos ZIL-135K com capacidade de carga de 10,5 toneladas, que também não tinha suspensão, e deveria ser usado como carregador de poderosos mísseis de alta precisão C5. O primeiro protótipo foi feito em 18 de maio de 1960. A principal característica do ZIL-135K era uma distância entre eixos extremamente longa de 7,6 me uma cabine angular montada em alta. O projeto principal foi semelhante ao ZIL 135E. Foi equipado com os mesmos motores duplos de 180 cavalos ZIL-375YA, transmissão automática de 3 velocidades e transmissões laterais a bordo. O ZIL 135K tinha um sistema de alavancas complicado para controlar as rodas dianteiras e traseiras. O chassi foi equipado com sistema de controle de pressão de ar de pneus, rodas sem disco, pneus de 16,00 a 20 e tanque de combustível de 560 litros.
O primeiro protótipo foi equipado com uma cabine plástica semelhante à Zil-135E, montada acima do compartimento do motor. Desde abril de 1961, a ZIL 135K adquiriu uma nova cabine de fibra de vidro de 3 lugares simplificada com um painel frontal plano e dois pares de faróis, proteção de segurança dobrável no teto, janelas de canto triangulares e pára-brisas de inclinação reversa. Dimensões superficiais 11353x2800x3170 mm. Peso da calçada - 10,5 toneladas, GVW - 21 toneladas. Velocidade máxima em uma estrada - 55 km / h, consumo de combustível - 100 litros por 100 km, alcance - 500 km.
Testes do governo de ZIL 135K realizada no início do verão de 1960. como resultado de que revelou erros graves de design. O mesmo tempo OKB-476 da fábrica "Dzerzhinets" desenvolveu um novo sistema de lançamento de mísseis 2P30 de um complexo de mísseis 2K17. Em outubro - dezembro de 1961, a ZIL fez cinco chassis do modelo 135K para testes do governo. No início de 1962, a montagem da ZIL 135K foi transferida para a fábrica de automóveis Bryansk. 55 cópias de ZIL 135K foram feitas até 1964.
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