Несмотря на успешную эксплуатацию в армии, средний артиллерийский тягач АТ-С к середине 1950-х годов технически устарел и уже не соответствовал возросшим требованиям к мехтяге артиллерии. К тому же он имел более «тракторные», чем транспортные, компоновку машины в целом, конструктивные решения узлов и размещение их по базе. Так, заднее, под грузовой платформой, расположение КП и механизмов поворота затрудняло их управление и обслуживание. Двигатель, находящийся в передней части кабины, также был неудобен для обслуживания и создавал для экипажа экологические трудности — шум, загазованность, вибрации и др. Ряд «экзотических» и в чем-то даже красивых решений АТ-С, в первую очередь по ходовой части и механизмам поворота, не оправдал себя и сдерживал совершенствование тягача.

Поэтому после передачи и освоения производства АТ-С в Кургане, как только был накоплен и проанализирован опыт его эксплуатации, началась работа по созданию нового среднего артиллерийского тягача «650». Назначение машины оставалось прежним: буксировка артсистем и прицепов общей массой до 14 т, перевозка расчета и грузов на платформе с полной массой до 3 т, возможность монтажа на ее шасси специального оборудования.

В компоновку тягача «650», выполненную еще в 1956 году, заложили новые для средней машины, но уже оправдавшие себя на других послевоенных гусеничных тягачах основополагающие принципы: двигатель устанавливался за кабиной, но перед грузовой платформой, и был развернут маховиком вперед, что соответствовало переднему расположению трансмиссии, механизмов поворота и ведущих колес.

АТС-59

Габаритная высота машины при этом значительно уменьшалась, снижалось и положение центра тяжести. В результате повышалась устойчивость движения на косогорах и по скользким дорогам, недостаточная на АТ-С.

Двигатель А-650, того же типа В-2, но с несколько увеличенной мощностью (до 300...350 л.с.), был заметно усовершенствован для повышения надежности и долговечности. Наружное хромирование гильз цилиндров лучше защищало от коррозии и гидравлической аррозии. Введение центробежного фильтра тонкой очистки масла значительно снизило износ высоконагруженных подшипников коленвала. Муфта привода ТНВД получила два фиксируемых положения: «зима» — «лето», что оптимизировало работу топливной системы по сезонам. Была применена регулируемая эжекционная система охлаждения (два радиатора по бокам двигателя), входившая тогда в моду.

Вводились более эффективные двухступенчатые комбинированные воздухоочистители: I ступень — инерционная очистка с эжекционным отсосом пыли, II ступень — очистка в кассетах с проволочной набивкой, смоченной маслом. В связи со стабильной и значительно более высокой степенью очистки, по сравнению с АТ-С, заметно уменьшался износ цилиндро-поршневой группы двигателя, особенно при движении колонной по пыльной дороге. В результате моторесурс двигателя, несмотря на рост его мощности, увеличился и фактически превысил гарантированные 600 ч. Емкость топливных баков довели до 820 л (три основных — 580 л, четыре дополнительных — 240 л).

Тягач АТС-59 возвращается с парада. Москва, 7 ноября 1965 года

Двухдисковый постоянно-замкнутый главный фрикцион устанавливался не на носке двигателя, как на АТ-С, а на ведущем (верхнем) валу КП и имел шариковый механизм выключения («слезки») с пневмоусилителем, значительно облегчавшим управление им. Связь его с двигателем — коротким соединительным валом с зубчатыми муфтами. Пятиступенчатая КП, расположенная впереди, по своей конструктивно-силовой схеме не претерпела принципиальных изменений, но ее силовой диапазон расширили на 36,2%. Из-за сохранившихся умеренных разрывов между передачами, особенно между рабочими (II, III, IV), установку инерционных синхронизаторов в КП по-прежнему сочли нецелесообразной. К тому же ее кулисное управление, ныне расположенное рядом с водителем, стало более четким ввиду ликвидации идущего через всю машину дистанционного, нежесткого, со многими люфтами управления КП на АТ-С.

В новой КП сделали отбор мощности для привода навесных агрегатов (бульдозера, крана и др.). Принципиально иными (ведущий по трансмиссии — Ф.Г.Барон) стали механизмы поворота. Это были планетарные двухступенчатые ПМП-2 с поверхностями трения, работающими в масле (в том числе с «мокрыми» дисками блокировочных фрикционов), с гидравлическим управлением (от специальной маслосистемы). ПМП-2 обеспечивали устойчивое прямолинейное движение независимо от разности сопротивления на гусеницах и давали два фиксированных радиуса поворота:

11,5 — 12 м и 3,4 — 3,5 м (вокруг остановленной гусеницы), с меньшими, чем при двойном дифференциале, потерями мощности. Одновременный переход на понижающий диапазон в обеих ПМП-2 позволял кратковременно увеличить тяговые усилия на 33% без разрыва потока мощности. Это было особенно важно для тягача, движущегося с тяжелым прицепом по бездорожью и сильно пересеченной местности. Одновременно увеличивался и общий силовой диапазон трансмиссии — до 9,11. Бортовые редукторы сделали планетарными, что значительно повышало их долговечность и позволяло увеличить передаточное число до 5,53 (на АТ-С было 3,57), тем самым несколько разгружая и механизмы поворота и, кроме того, давало компоновочные преимущества. Традиционной, хорошо себя зарекомендовавшей на быстроходных гусеничных машинах, стала и ходовая часть — по пять (на борт) сдвоенных обрезиненных опорных катков большого диаметра (750 мм), без поддерживающих роликов, с индивидуальной торсионной подвеской. Полный ход опорных катков возрос до 264 мм (83+181). На 1-ми 5-м балансирах устанавливались надежные гидравлические рычажные амортизаторы и пружинные упоры, на средних балансирах — резиновые упоры. Была увеличена ширина опорной поверхности траков (до 460 мм) и уменьшен их шаг (до 137 мм, как на АТ-Т), что улучшало приспособляемость гусениц к неровностям грунта и сцепление с ним, повышало плавность хода и снижало вибрации, соответственно и шум.

Седельные тягачи АТС-59С («изделие 667») в качестве транспортно-заряжающих машин зенитного ракетного комплекса С-75. Фрунзе, 7 ноября 1967 года

Шарниры траков — пока сухие и открытые, с уменьшенным диаметром пальцев (несколько повышался механический КПД движителя). В дальнейшем предполагалось ввести закрытые резинометаллические шарниры (РМШ). В случае необходимости на траках через каждый пятый-шестой (всего 16 на борт) предполагалось крепление шпор для уверенного движения по обледенелым дорогам. Ведущие колеса получили износостойкие съемные 13-зубые венцы (литые из стали Гадфильда). Зацепление венцов с траками — цевочное, толкающее (на то время самое совершенное, дающее высокую долговечность). Не будучи столь хитроумной, как на АТ-С, и не обладая таким равномерным распределением давления на грунт, ходовая часть тягача «650» должна была, в первую очередь, обеспечить высокую надежность работы по любому бездорожью и необходимую долговечность (заявленный гарантированный пробег — 6000 км). Правда, и масса гусениц на «650» возросла, по сравнению с АТ-С, на 690 кг.