A thorough comparison of two industrial gear oils with a natural and mineral base

W ITeE – PIB w Radomiu opracowano olej ekologiczny o nazwie Arol P220 do przekładni przemysłowych. Jego bazę stanowi mieszanina oleju rzepakowego i rycynowego. Jest zamiennikiem oleju handlowego z bazą mineralną w klasie lepkości ISO VG 220. Opracowany olej spełnia najważniejsze wymagania normy PN-C-96056:1990 odnośnie do charakterystyki fizykochemicznej oraz właściwości tribologicznych. Jednak coraz większe znaczenie przywiązywane jest do innych właściwości, nieujętych we wspomnianej normie. Są to: opory tarcia, odporność kół zębatych na zacieranie w zaostrzonych warunkach, odporność kół zębatych na pitting i mikropitting, odporność łożysk tocznych przekładni na pitting, generowane drgania przekładni oraz stabilność termooksydacyjna oleju wykazywana w długotrwałych testach przekładniowych i stabilność fizykochemiczna oleju w czasie długotrwałego magazynowania. Dlatego przeprowadzono szereg dodatkowych testów porównawczych obu olejów (ekologicznego i handlowego mineralnego) – czterokulowych (styk ślizgowy i toczny), przekładniowych i fizykochemicznych, nie ujętych w normie PN-C-96056:1990. Wykazano, że olej ekologiczny pozwala obniżyć współczynnik tarcia oraz zwiększyć odporność kół zębatych na mikropitting w porównaniu z olejem mineralnym. W warunkach smarowania zanurzeniowego (testy pittingu) olej ekologiczny pozwala na redukcję poziomu drgań w porównaniu z olejem mineralnym, jednak w czasie badań mikropittingu (smarowanie natryskowe) sytuacja jest odwrotna. Znaczącą wadą oleju ekologicznego jest niekorzystna zmiana (spadek) wskaźnika lepkości w czasie długotrwałego magazynowania, gorsza stabilność termooksydacyjna po testach przekładniowych (duży wzrost lepkości) oraz spadek odporności smarowanej powierzchni na zacieranie w warunkach bardzo wysokich nacisków. Najistotniejszą wadą oleju ekologicznego jest jednak znaczne skrócenie czasu do momentu pojawienia się pittingu elementów tocznych łożysk. Wady te, w przypadku braku możliwości ich usunięcia, można częściowo skompensować skróceniem okresu magazynowania i eksploatacji oleju ekologicznego oraz stosowaniem go do smarowania przekładni pracujących w warunkach umiarkowanych obciążeń.At ITeE – PIB in Radom, an ecological industrial gear oil, denoted as Arol P220, has been formulated. The oil is based on the mixture of rapeseed and castor oils, and is a substitute for a VG 220 commercial gear oil with a mineral base. Arol P220 fulfils the most important requirements of the domestic standard PN-C-96056:1990 concerning the physico-chemical characteristic and tribological performance. However, greater and greater attention is being put on other properties not included in the mentioned standard. They are friction, resistance of gears to scuffing under severe conditions, resistance of gears to pitting and micropitting, fatigue life of rolling elements of bearings, gear vibrations, thermo-oxidative stability of the oil after long-lasting gear experiments, and physico-chemical oil stability during a long-lasting storage. This is why a number of additional tests were performed – four-ball tests (pure sliding and rolling contacts), gear tests and physico-chemical analyses. The ecological oil and its commercial, mineral equivalent were compared. Standardised and the author's test methods were carried out, not included in the PN-C-96056:1990 standard. The results show that Arol P220 reduces friction and improves the resistance of gears to micropitting compared with the mineral oil. Under conditions of dip lubrication (the gear pitting tests), the ecological oil reduces the level of vibrations in comparison with the mineral oil, but during the gear micropitting tests (spray lubrication) a reverse trend is observed. However, there are significant drawbacks to the ecological oil. They are the unfavourable change (drop) in the viscosity index during long-lasting storage, worse thermo-oxidative stability (much viscosity rise) after the gear experiments, and a drop in the resistance of gears to scuffing under very large loads. The worst drawback is a significant acceleration of pitting of bearing balls. When removal of these drawbacks appears impossible, they can be partly compensated by a shorter time of storage and exploitation of the ecological oil and using it for lubrication of gears working under moderate conditions