Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components December, 2025 CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Contenido | Page 1 of 13 Contenido Contenido Executive Summary 2 Introducción 3 Descripción general del prototipo 4 Prueba de funcionamiento 7 Conclusiones 9 Referencias 10 Autores: Jesús Antonio Lópéz Gómez, Sylvanus Odjo and Jelle Van Loon CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Executive Summary | Page 2 of 13 Executive Summary The document reports component upgrades and a field functionality test of a maize combine harvester powered by a two-wheel tractor, targeting smallholder contexts where harvesting remains largely manual due to limited access to appropriate mechanization. The main upgrades included: (i) extending the helical conveyor to collect material from a lower position while keeping the same specifications, (ii) replacing the cleaning approach with an extractor connected to the final grain drop to improve the removal of chaff and leaf residues, and (iii) changing the support wheels from 10” to 14” to improve maneuverability on uneven ground and during turning. The field evaluation was conducted on hybrid maize planted in July 2025, using six runs of approximately 40 m at 1.5 km/h. Operational times, grain mass, and grain moisture were recorded to estimate work capacity, and losses were estimated by comparison against the plot’s average yield. Results indicate roughly 22 h/ha of effective operating time and about 26.5 h/ha when turns are included, along with high preliminary losses (up to ~27%), mainly attributed to ears not captured or ejected sideways, lodged plants that fail to enter the system, and to a lesser extent grain exiting with straw. While an 18 hp tractor met the power demand, the feeding rate at the tested forward speed saturated the system and led to material build-up and blockages. Grain cleanliness issues persisted due to fragmented plant material passing through the perforated screen, leading to recommendations focused on operational adjustments (pauses), rotor speed control, and strengthening the cleaning system to improve performance and reduce losses. Resumen Ejecutivo Este documento contiene el reporte de la actualización de componentes y una prueba de funcionamiento en campo de un prototipo de una cosechadora combinada de maíz accionada por un tractor de dos ruedas, orientada a contextos de pequeña producción donde la cosecha manual sigue predominando por limitaciones de acceso a maquinaria adecuada. Las mejoras principales incluyeron: (i) la extensión del transportador helicoidal para recolectar material desde una posición más baja manteniendo sus especificaciones, (ii) el cambio del sistema de limpieza a un extractor conectado a la caída final del grano para aumentar la remoción de tamo y restos de hoja, y (iii) la sustitución de ruedas de soporte de 10” por 14” para mejorar maniobrabilidad en desniveles y durante los virajes. La evaluación se realizó en maíz híbrido sembrado en julio de 2025, con seis recorridos de aproximadamente 40 m a 1.5 km/h. Se registraron tiempos operativos, masa y humedad del grano para estimar capacidad de trabajo y se estimaron pérdidas por comparación con el rendimiento promedio de la parcela. Los resultados muestran una demanda de alrededor de 22 h/ha (tiempo efectivo) y cerca de 26.5 h/ha al incluir virajes, además de pérdidas preliminares elevadas (hasta ~27%), asociadas principalmente a mazorcas no capturadas o expulsadas lateralmente, plantas acamadas que no ingresan al sistema y, en menor medida, grano que se va con la salida de paja. Aunque el tractor de 18 hp cubrió la potencia requerida, el flujo de alimentación a la velocidad evaluada saturó el sistema y generó acumulación y atascos. Persistieron impurezas en el grano por fragmentación de material vegetal, por lo que se plantean ajustes operativos (pausas), control de velocidad de giro y el fortalecimiento del sistema de limpieza para mejorar desempeño y reducir pérdidas. CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Introducción | Page 3 of 13 Introducción La producción agrícola en México presenta una marcada polarización entre sus distintas regiones, situación que también se refleja en el cultivo de maíz. Mientras que en el norte del país predomina una agricultura extensiva y de carácter comercial, en el sur se concentra una mayor superficie sembrada, pero bajo contextos muy distintos: tierras fragmentadas, unidades de producción de pequeña escala y sistemas de temporal, frecuentemente ubicados en zonas de ladera. Estas diferencias territoriales y productivas se traducen en profundas brechas tecnológicas. En el norte, la mecanización ha recibido mayor atención y existe una amplia oferta comercial de tecnologías adaptadas a las distintas etapas del ciclo productivo, como tractores de alta potencia, implementos especializados y máquinas autopropulsadas de gran capacidad para la cosecha de granos. En contraste, en el sur del país la disponibilidad de tecnología apropiada para los pequeños productores es limitada o inexistente, por lo que actividades clave como la cosecha continúan realizándose de manera manual, con altos requerimientos de mano de obra y esfuerzo físico. Este escenario pone de manifiesto la necesidad de impulsar el desarrollo y la adopción de tecnologías agrícolas acordes a los contextos productivos locales, que contribuyan a reducir las brechas regionales y a mejorar las condiciones de trabajo y productividad de los pequeños agricultores. La operación de cosecha puede dividirse en recolección, desgrane o trilla, separación y limpieza. Dependiendo del método de cosecha empleado, estas funciones son realizadas por diferentes máquinas, o incluso por una sola máquina en una sola pasada por el campo (Yang et al., 2016). En México existe una marcada carencia de tecnologías orientadas específicamente a la pequeña producción de maíz, particularmente en lo referente a la cosecha mecanizada. Si bien el tractor agrícola de cuatro ruedas ha sido históricamente el principal referente de la mecanización en el país, y existen incluso modelos de cosechadoras accionadas por este tipo de tractores, dichas tecnologías son en su mayoría importadas y tienen una presencia limitada en el mercado nacional. Además, la potencia promedio de los tractores agrícolas, que suele ubicarse entre 70 y 100 hp, resulta sobredimensionada para contextos de agricultura de pequeña escala, especialmente en unidades de producción de dos hectáreas o menos. En contraste, el tractor de dos ruedas representa una alternativa viable como fuente principal de potencia en estos sistemas productivos. Se trata de máquinas multifuncionales que pueden emplearse en diversas labores agrícolas en conjunto con implementes especializados en la preparación del terreno, siembra y fertilización, aplicación de agroquímicos y el control mecánico de maleza, dicha maquinas son más accesibles en términos de costo de adquisición, así como en mantenimientos en comparación con tractores de 4 ruedas (Daum et al., 2023). Existe documentación acerca del desarrollo de máquinas accionada por una motocicleta (Vodounnou et al., 2020) así como para tractores de 2 ruedas (Chen et al., 2024) capaces de desprender la mazorca con hoja y almacenarla en un contenedor. Por otro lado, en el mercado chino es posible encontrar maquinas accionadas por tractores de 2 ruedas (bomatools, 2025) que realizan la misma actividad de separación de mazorca y almacenarla momentáneamente en un pequeño contenedor y descargan en pequeños montones en la parcela de trabajo. Sin duda estos avances mejoran la rapidez de la actividad y reducen la carga física del trabajo manual, no obstante, actualmente no se dispone de una cosechadora diseñada que permita recolectar la mazorca en campo, realizar el deshoje y el desgrane, y entregar como producto final grano limpio, de manera análoga a las grandes cosechadoras autopropulsadas. CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Descripción general del prototipo | Page 4 of 13 El desarrollo de una tecnología con estas características, adecuada a las condiciones técnicas, económicas y productivas del pequeño productor, podría tener un impacto significativo al permitir la realización simultánea de varias operaciones, reducir la dependencia de la mano de obra intensiva y el esfuerzo físico, así como eliminar la necesidad de trasladar mazorcas a viviendas o bodegas para su desgrane y limpieza posterior. Adicionalmente, al integrarse con tecnologías de almacenamiento hermético, el productor podría mejorar y conservar la calidad del grano, ya sea para acceder a mejores precios de mercado o para asegurar el abasto y la calidad del grano destinado al consumo familiar. En este sentido, la generación de tecnología a nivel local, con la participación articulada de instituciones públicas, privadas y de gobierno, resulta clave para impulsar desarrollos tecnológicos pertinentes, accesibles y sostenibles para la pequeña producción de maíz. El CIMMYT ha venido desarrollando un prototipo de cosecha mecanizada orientado a pequeños agricultores, basado en el uso de tractores de dos ruedas. Este desarrollo se encuentra en una fase experimental de prototipado, orientada a identificar límites técnicos, cuellos de botella operativos y requerimientos de rediseño, más que a validar un desempeño comparable con tecnologías comerciales existentes. En este sentido, los resultados presentados deben interpretarse como insumos para la toma de decisiones técnicas sobre la viabilidad, simplificación o reconfiguración del concepto de máquina. El objetivo del prototipo es integrar, en una sola operación, varias labores clave del proceso de cosecha: el desprendimiento de la mazorca del tallo, el deshoje y desgrane, la limpieza del grano y el manejo del rastrojo, dejando en parcela el residuo de maíz finamente picado. Esta propuesta tecnológica busca responder a las condiciones específicas de producción de los pequeños agricultores, reduciendo la demanda de mano de obra y esfuerzo físico, y contribuyendo a mejorar la eficiencia y sostenibilidad de los sistemas productivos. El presente reporte describe las adecuaciones realizadas al prototipo previo, las cuales incluyen una mejor selección de los materiales, un ensamble más adecuado de las diferentes partes y la incorporación de sistemas orientados a mejorar la calidad del producto final, específicamente la obtención de grano limpio. Descripción general del prototipo La máquina cosechadora fue desarrollada para operar en conjunto con un tractor de dos ruedas con potencias de 15 a 18 hp. Cuenta con diversos sistemas que cumplen funciones específicas (Fig. 1). En primer lugar, la fuente de potencia (1), correspondiente al tractor; un par de deflectores (2) que guían las plantas de maíz hacia el centro del cabezal; un cajón con rodillos (3) que giran en sentidos opuestos para atrapar el tallo de la planta y separar la mazorca; una guía en forma de estrella (4) que mantiene la alimentación continua de las plantas; un par de ruedas de soporte (5); un eje con cuchillas giratorias (6), encargado de desmenuzar el tallo y las hojas de cada planta de maíz; un cilindro de deshojado y desgrane (7); un transportador helicoidal (8); un sistema de captura de tamo (9); un elevador de paletas (10) que impulsa el grano hacia la descarga final; y un sistema de transmisión mediante cadena de rodillo y catarinas (11). CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Descripción general del prototipo | Page 5 of 13 Fig. 1. Componentes principales del prototipo de cosechadora de maíz accionado por un tractor de dos ruedas Cambios y mejoras realizados Sistema de deshoje y desgrane La modificación de este sistema se llevó a cabo debido a que el sinfín instalado originalmente tendía a provocar atascamientos de algunas mazorcas, lo que además ocasionaba daños al material, como deformaciones y dobleces. Para corregir esta problemática, se rediseñó el mecanismo incorporando un conjunto de paletas (Fig. 2) de mayor robustez, las cuales permiten un deshojado más eficiente y continuo, reduciendo los atascamientos y mejorando el desempeño general del sistema. Fig. 2. Vista de detalle del sistema de alimentación del prototipo de cosechadora de maíz accionado por tractor de dos ruedas CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Descripción general del prototipo | Page 6 of 13 Transportador helicoidal Inicialmente, este elemento se encontraba ubicado en la sección posterior del cilindro desgranador (Fig. 3 A). No obstante, durante las pruebas de operación se identificó la necesidad de recolectar el material desde una posición más baja del sistema. En consecuencia, se optó por extender el transportador, manteniendo las mismas especificaciones técnicas, como el diámetro y el paso del sinfín con el objetivo de asegurar la compatibilidad mecánica y un transporte adecuado del material. Fig. 3. Cambio en la longitud del transportador helicoidal. A) Versión previa, B) versión actualizada Elementos de limpieza En la versión previa se contaba con un sistema ventilación que funcionaba con la batería del tractor, con principio de funcionamiento de expulsión. En la nueva versión se colocó un extractor (Fig. 4) que conecta a la parte de caída final del grano. Con esta actualización se espera mejorar la separación de una mayor cantidad de tamo y restos de hojas. Fig. 4. Sistema de limpieza. A) Versión previa que avienta aire. B) Nueva versión con extractor Ruedas de soporte Originalmente se tenían ruedas de 10 pulgadas de diámetro (Fig. 5 A) lo cual era una desventaja ante los desniveles del terreno, virajes o incluso al encontrarse con terrones, se perdía maniobrabilidad. Se incorporo un par de ruedas de 14 pulgadas de diámetro (Fig. 5 B) para vencer de mejor manera los obstáculos. CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Prueba de funcionamiento | Page 7 of 13 Fig. 5. Actualización en el diámetro de las ruedas de soporte que ayudan a vencer de mejor manera los obstáculos y mejoran el manejo Prueba de funcionamiento Se realizó una prueba de funcionamiento en campo, la cual consistió en la cosecha de maíz híbrido denominado Albatros de la empresa Asgrow®. El cultivo fue establecido en el mes de julio de 2025 con una densidad de 76 543 plantas·ha⁻¹, equivalente a una separación aproximada de 17.4 cm entre plantas contiguas en un arreglo de camas angostas de 0.75 m de ancho. La prueba consistió en seis recorridos de cosecha de aproximadamente 40 m de longitud cada uno. La velocidad de avance del tractor fue establecida en la posición marcada como primera (1.5 km/h). Para cada recorrido se recolectó el grano obtenido a la salida principal de la máquina, así como los tiempos efectivos de trabajo y los tiempos de viraje, medidos con ayuda de un cronómetro. Posterior a la cosecha, el grano recolectado en cada recorrido fue limpiado y se determinó su masa y contenido de humedad con un determinador portátil de humedad de grano John Deere®. Esta información se utilizó para estimar la capacidad de trabajo (h·ha⁻¹) y el rendimiento de grano (t·ha⁻¹). Adicionalmente, como una forma indirecta de estimar las pérdidas de grano durante el uso del prototipo en parcela, se obtuvieron muestras para determinar el rendimiento promedio de grano. De este modo, la diferencia entre el rendimiento promedio de la parcela y el rendimiento obtenido en cada recorrido realizado con el prototipo permitió estimar de manera aproximada las pérdidas de grano en campo. Principales resultados Los tiempos de trabajo obtenidos durante las pruebas de funcionamiento indican que es posible completar la cosecha de una hectárea en aproximadamente 22 horas, considerando únicamente los tiempos efectivos de operación (recorridos sin pausas). No obstante, al incluir los tiempos de viraje, el tiempo total de trabajo se incrementa hasta aproximadamente 26.5 horas por hectárea. Cabe destacar que la actualización a ruedas de dirección con mayor diámetro permitió hacer el viraje más rápido. En la comparación entre la cantidad de grano obtenida a la salida principal del prototipo y el rendimiento promedio de grano de la parcela (4.4 t·ha-1), la estimación preliminar sugiere que las pérdidas pueden alcanzar hasta el 27.1 % (Tabla 1), las cuales deben interpretarse como indicativas y asociadas a una metodología indirecta basada en diferencias de rendimiento. Estas pérdidas se atribuyen principalmente a mazorcas que no ingresan al cilindro desgranador y son expulsadas hacia los costados, mazorcas que no son capturadas. Además, estas pérdidas incluyen las plantas que se encuentran acamadas y que no son CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Prueba de funcionamiento | Page 8 of 13 atrapadas por el sistema y caen en el área de desmenuzado de rastrojo. Este tipo de pérdidas representa la mayor proporción, como ocurre comúnmente en máquinas cosechadoras de mayor escala (Wang et al., 2021). Finalmente, en menor proporción, se identificaron pérdidas asociadas al grano que alcanza la salida de paja y queda desperdiciado en el terreno. Tabla 1. Estimación de perdida de grano del prototipo a partir del rendimiento promedio de grano de la parcela Recorrido de trabajo con el prototipo Rendimiento obtenido (t·ha-1) Perdida respecto al rendimiento promedio general (t·ha-1) Perdida respecto al rendimiento promedio general (%) 1 3.7 0.7 15.3 2 2.9 1.5 34.3 3 3.0 1.3 30.5 4 2.8 1.6 36.5 5 3.4 0.9 21.5 6 3.3 1.1 24.5 Promedio 1.2 27.1 Esta aproximación integra pérdidas de distintas fuentes (no captura de mazorcas, expulsión lateral, grano perdido en limpieza y variabilidad de parcela), por lo que no permite atribuir con precisión las pérdidas a cada sistema del prototipo. En futuras evaluaciones se requerirá una metodología específica de cuantificación de pérdidas por componente. La demanda de potencia fue cubierta adecuadamente por el tractor de 18 hp utilizado durante la prueba; sin embargo, a la velocidad de avance evaluada se registró un flujo aproximado de tres plantas por segundo, lo cual saturó la entrada de material. Esta saturación provocó, a su vez, diversas complicaciones en distintos sistemas del prototipo, las cuales se describen en la Tabla 2. CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Conclusiones | Page 9 of 13 Tabla 2. Problemáticas encontradas durante la prueba de funcionamiento del prototipo de cosechadora de maíz accionado por tractor de 2 ruedas Problemática Imagen Material acumulado en la entrada del cilindro de desgrane Causa: La velocidad de avance, aunque pareciera lenta, el proceso llega a saturarse muy rápido Posible solución: Hacer pausas durante el avance Acumulación de rastrojo en el eje de desmenuzado Causa: El giro de las paletas en la entrada del sistema de desgrane es muy elevado Posible solución: Reducir la aceleración del motor para reducir a su vez la velocidad de giro del eje de desgrane Impurezas en el grano Causa: Al pasar los restos de tallo y hojas secas al cilindro, estos se desintegran en partículas más pequeñas que logran pasar la lámina perforada que en teoría dejaría pasara grano y polvo. El sistema de succión incorporado no fue suficiente Posible solución: Agregar un elevador de cangilones para elevar el material y posteriormente en la caída incluir un sistema de ventilación forzada Conclusiones Se ha realizado adecuaciones como parte del desarrollo de una maquina cosechadora de maíz accionada por un tractor de dos ruedas como accesorio que se pueda acoplar sin necesidad de modificar el tractor. La prueba en campo permitió identificar, desde un enfoque técnico, los principales aspectos a mejorar en el desarrollo de la herramienta agrícola propuesta. Asimismo, se evidenció que resulta complejo realizar de manera simultánea las CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Conclusiones | Page 10 of 13 operaciones de corte, deshojado, desgrane y limpieza con el prototipo en su configuración actual. Si bien en la etapa actual de desarrollo el prototipo es capaz de realizar la labor en campo, las limitaciones se observan en las perdidas por cabezal siendo muy altas, además la calidad del trabajo indica la necesidad de incorporar sistemas más complejos y una mayor estructura, particularmente en la operación de limpieza. Otro aspecto relevante es la velocidad de avance, la cual sugiere la conveniencia de emplear fuentes de potencia con velocidades más bajas o de desarrollar una versión autopropulsada equipada con una caja de engranes que permita reducir la velocidad de desplazamiento. No obstante, debe considerarse que esta reducción implicaría una disminución en la capacidad de trabajo, incrementando el número de horas requeridas por unidad de superficie. Los resultados sugieren que la integración simultánea de corte, alimentación, deshoje, desgrane y limpieza en un solo equipo accionado por un tractor de dos ruedas representa un desafío técnico considerable. La complejidad del sistema y la sensibilidad a la velocidad de avance indican que el concepto de integración total puede no ser el enfoque más robusto para esta fuente de potencia, abriendo la necesidad de evaluar esquemas modulares o secuenciales. Referencias Chen, M., Xu, G., Wei, Y., Zhang, Y., Diao, P., & Pang, H. (2024). Design and experiment analysis of the small maize harvester with attitude adjustment in the hilly and mountainous areas of China. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 17(1), 118–127. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20241701.7596 Daum, T., Seidel, A., Awoke, B. G., & Birner, R. (2023). Animal traction, two-wheel tractors, or four-wheel tractors? A best-fit approach to guide farm mechanization in Africa. Experimental Agriculture, 59(9). https://doi.org/10.1017/S0014479723000091 Vodounnou, J. H., Ajav, E. A., Bagan, G. C., & Chegnimonhan, V. K. (2020). Development and Performance Evaluation of a Small-scale Maize Harvester for Developing Countries. Journal of Experimental Agriculture International, 144–156. https://doi.org/10.9734/jeai/2020/v42i830580 Wang, K., Xie, R., Min, B., Hou, P., Xue, J., & Li, S. (2021). Review of combine harvester losses for maize and influencing factors. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 14(1), 1–10. https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20211401.6034 Yang, L., Cui, T., Qu, Z., Li, K. H., Yin, X. W., Han, D. D., Yan, B. X., Zhao, D. Y., & Zhang, D. X. (2016). Development and application of mechanized maize harvesters. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 9(3), 15–28. https://doi.org/10.3965/j.ijabe.20160903.2380 CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Conclusiones | Page 11 of 13 Como citar este reporte Cita: López-Gómez Jesús A., Odjo Sylvanus, Van Loon Jelle. (2025). Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components. CIMMYT, México Agradecimientos El Programa de Ciencia Sostenible del CGIAR forma parte de la nueva Cartera de Investigación del CGIAR y aborda desafíos clave en los sistemas agroalimentarios mediante el fomento de la producción eficiente de alimentos nutritivos y la protección del medio ambiente para crear oportunidades de empleo justas, al tiempo que abordamos simultáneamente el cambio climático, la degradación del suelo, las plagas, las enfermedades y la desertificación. Su investigación está siendo implementada por investigadores del CGIAR del CIMMYT. Nos gustaría agradecer a todos los financiadores que apoyaron esta investigación a través de sus contribuciones al Fondo Fiduciario del CGIAR: https://www.cgiar.org/funders/ Acerca del Informe del Programa de Ciencia Sostenible del CGIAR Esta investigación se realizó como parte del Programa de Ciencia Agrícola Sostenible del CGIAR. Investigadores del CIMMYT están implementando esta investigación. El CGIAR es una alianza global de investigación para un futuro con seguridad alimentaria. Su labor científica la realizan 15 centros de investigación en estrecha colaboración con cientos de socios globales. www.cgiar.org Fotos © CGIAR / [Jesús López, Gabriel Martínez] Descargo de responsabilidades Este documento de trabajo no ha sido revisado por pares. Las opiniones expresadas en este documento son las del/de los autor(es) y no necesariamente reflejan las políticas ni las opiniones del CIMMYT, el CGIAR, los donantes ni los socios. Esta publicación está protegida por derechos de autor del CIMMYT. Cuenta con la licencia Creative Commons Atribución – No Comercial 4.0 Internacional. Para consultar esta licencia, visite https://creativecommons.org/licenses/by/4.0. 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Nada en esta licencia menoscaba la propiedad intelectual del autor. ©2025 CIMMYT Palabras clave: Prototipo, mecanización, agricultura, cosecha, tecnología Acerca del Programa de Ciencias de la Agricultura Sostenible del CGIAR El Programa de Ciencias de la Agricultura Sostenible del CGIAR abordará desafíos clave en los sistemas agroalimentarios fomentando la producción eficiente de alimentos nutritivos y protegiendo el medio ambiente para crear oportunidades de empleo justas, al tiempo que abordamos simultáneamente el cambio climático, la degradación del suelo, las plagas, las enfermedades y la desertificación. CGIAR Sustainable Farming Science Program Report | Maize combine harvester driven by a two-wheel tractor: upgraded components Conclusiones | Page 13 of 13