raccolta del cotone con piccole macchine

AIIA 2001: Ingegneria Agraria per lo sviluppo dei paesi del mediterraneo
Vieste (Fg), 11,14 settembre 2001
RACCOLTA DEL COTONE CON PICCOLE MACCHINE:
INDIVIDUAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DI UN
PROTOTIPO
Foppa Pedretti E.*, Hussein Bashir M.*, Natalicchio E.*, Talamonti M.*
* Dipartimento di Biotecnologie Agrarie e Ambientali, Università degli Studi di
Ancona
Riassunto
Dopo esserci cimentati in collaborazione con un'industria di macchine agricole alla
realizzazione di un prototipo di raccoglitrice di cotone portato dal trattore, a metà degli
anni novanta si è deciso di affrontare lo studio di un sistema raccoglitore semplificato,
funzionale alle esigenze economiche del terzo mondo, ove le operazioni di raccolta sono
tuttora completamente manuali. Allo stato attuale sono state realizzate tre differenti
testate di raccolta applicabili a un motocoltivatore o ad apposito telaio motorizzato. Tali
testate sono state provate in campo per verificarne le modalità di lavoro e l'efficienza di
raccolta. I prototipi realizzati e descritti devono essere considerati come approcci
differenti al problema del distacco dei bioccoli dalla pianta, avendo cura sia
dell'efficacia di lavoro sia della semplicità costruttiva, pur essendo consci della
difficoltà di coniugare i due aspetti.
Summary
After having undertook a technical collaboration with the agricultural machinery
industry in order to design and test a cotton picker prototype carried by tractor, at the
middle of 1990s it was decided to undertake a new project in order to construct a new
cotton picker machine intended and suitable to the socio-economic conditions of the
developing countries in which the harvest operation is until now completely manually
done. So far, three different prototypes have been built and tested in the field. Special
attention has been dedicated to both mechanical simplicity and work efficacy.
1. INTRODUZIONE
La progressiva introduzione in agricoltura di innovazione tecnologica, avvenuta
soprattutto negli ultimi cinquant’anni, ha avuto come effetto più evidente una generale
intensificazione produttiva e l’imponente incremento delle rese unitarie delle grandi
colture agrarie che, mediamente, sono più che raddoppiate e, in alcuni casi (mais)

addirittura più che quintuplicate. Se si fa poi riferimento alla produttività del lavoro
agricolo, cioè alla quantità di produzione ottenuta nell’unità di tempo impegnato
dall’agricoltore nel processo produttivo (t/ore-uomo) essa risulta oggi per alcune
produzioni addirittura moltiplicata alcune decine di volte. Si pensi, ad esempio, che per
la bietola il rendimento dell'ora di lavoro, che era negli anni 50-55 intorno ai 50 kg, è
passato oggi a valori di 1,6-2,2 t/h con un incremento, quindi, di 30-40 volte.
Quest’ultimo effetto è il risultato della progressiva introduzione della macchina in
agricoltura in sostituzione e in conseguenza dell’altrettanto progressivo abbandono della
forza lavoro agricolo.
Parte integrante del progresso tecnologico, la meccanizzazione agricola ne
rappresenta la componente complementare essenziale ed insostituibile quale
presupposto per dare pratica attuazione a molte delle conquiste agrobiologiche.
L’introduzione della macchina, tuttavia, non costituisce affatto la soluzione per tutti i
problemi, anzi, in taluni casi essa - comportando costi energetici ed economici per unità
di superficie spesso rilevantissimi - può anche aggravarli se non è studiata e
diversificata nella definizione ottimale fra investimenti di capitale e lavoro, nei suoi
livelli e moduli ottimali in funzione delle condizioni socio-economiche delle diverse
realtà e paesi.
Ciò vale soprattutto per i paesi in via di sviluppo per i quali la macchina va
concepita con un’ottica ben diversa da quella che guida le scelte di meccanizzazione nei
paesi avanzati. In questi ultimi, ove l'agricoltura è pressochè integralmente
meccanizzata, alla macchina generalmente vengono richieste prestazioni elevate in
termini di capacità di lavoro; quindi le trattrici sono, normalmente, di elevata potenza e
le operatrici caratterizzate da elevata produttività del lavoro: siamo di fronte, di
conseguenza, ad alti livelli di meccanizzazione.
Diversamente nei PVS, dove la mano d'opera è ancora abbondante e a basso costo
la trattrice, ove introdotta, è richiesta per sostituire il traino animale nei lavori più
onerosi in termini di potenza.
Le operatrici sono ridotte alle più semplificate macchine per la lavorazione del
terreno o, al più, a semplici macchine agevolatrici. In questi paesi l'aspetto produttività
del lavoro riveste un'importanza secondaria e, pertanto, è giustificabile l'introduzione di
bassi livelli di meccanizzazione. In sostanza le tecnologie meccaniche in questi casi
concepibili e/o ammissibili devono essere appropriate alle particolari condizioni socio-
economiche.
2. LA FILOSOFIA DEL PROGETTO
La problematica delle tecnologie appropriate, o più precisamente della
meccanizzazione semplificata per i paesi in via di sviluppo (PVS), è stata da noi
affrontata a metà degli anni novanta, a seguito della positiva esperienza che abbiamo
acquisito collaborando alla realizzazione di un prototipo di raccoglitrice semplificata per
il cotone.
Con questa esperienza, condotta in collaborazione con un’industria meccanica
(Scalmana costruzioni meccaniche) e con la Fondazione studi cotonieri annessa
all’Istituto Agronomico per l’Oltremare di Firenze, è stato realizzato e sperimentato un

prototipo di macchina raccoglitrice per il cotone portato dal trattore, assolutamente
innovativo per il settore.
Le linee progettuali seguite nel concepire questa macchina si sono mosse nell’ottica
di realizzare una tecnologia semplificata e di costo contenuto adatta alle peculiarità
economico-strutturali caratteristiche delle aree mediterranee. L’originalità di tale
macchina rispetto ai modelli esistenti sul mercato, consiste nell’essere stata concepita
come una semplice testata raccoglitrice bifila portata dal trattore posteriormente con
predisposizione all' avanzamento a guida retroversa. Dall’operatrice il cotone
raccolto viene trasportato pneumaticamente e convogliato in un cestone di grossa
dimensione alloggiato, su guide appositamente predisposte, sulla cofanatura anteriore
del trattore. Tutte queste componenti risultano collegabili al trattore stesso in modo
rapido e agevole e con queste soluzioni la macchina risulta di gran lunga semplificata e
il relativo costo notevolmente contenuto rispetto ai modelli di raccoglitrici semoventi
esistenti sul mercato, non venendo a gravare su di essa il pesante costo del veicolo
portante e della relativa motorizzazione.
Il prototipo è stato sperimentato oltre che in Italia, in Spagna, Grecia e Turchia per
cinque anni consecutivi durante i quali è stato oggetto di modifiche, messe a punto e
adattamenti che hanno consentito di realizzare una raccoglitrice dotata di un buon grado
di funzionalità, affidabilità ed efficienza di raccolta.
Con questa realizzazione possiamo affermare di aver raggiunto l’obbiettivo allora
prefissatoci che era quello di mettere a punto una tecnologia adatta alle citate
condizioni delle zone mediterranee ove la raccolta viene tuttora effettuata – a parte
Grecia e Spagna che tuttavia detengono quote modeste di superficie a cotone – ancora
manualmente.
Era chiaro, tuttavia, che si era ancora ben lontani dalla messa a punto di un esempio
di tecnologia meccanico agraria appropriata per i PVS. Per la generalità di questi paesi,
infatti, la sopracitata macchina, nonostante rappresenti una soluzione semplificata
rispetto alle macchine commerciali che il mercato oggi offre, rappresenta comunque una
soluzione tecnologica fin troppo avanzata, cioè un livello di meccanizzazione ancora
troppo elevato e perciò incompatibile con le condizioni socio-economiche di tali paesi.
Ed è per questo motivo che ci siamo sentiti stimolati a proseguire gli studi e le
sperimentazioni per la realizzazione di una raccoglitrice di cotone ancor più
semplificata rispetto a quella brevemente sopra descritta. In sostanza l’obbiettivo che ci
si è proposti è quello di giungere a definire e realizzare un prototipo di macchina
“fortemente” semplificata in modo tale da essere economicamente recepibile e, al
contempo, in buona parte o addirittura totalmente costruibile anche negli stessi paesi
potenziali utilizzatori ancorchè caratterizzati da basse condizioni economiche e
tecnologiche. Una macchina, inoltre, che in nessun modo pretende di essere
paragonabile alle macchine raccoglitrici in commercio per ciò che concerne capacità e
qualità di lavoro, ma piuttosto una operatrice da concepire come "macchina
agevolatrice" in grado di moltiplicare "soltanto" di una ventina di volte al massimo la
produttività del lavoro di raccolta manuale e con valori di prodotto non raccolto dalla
macchina accettabili anche per valori intorno al 30 % che comunque verrebbero raccolti
successivamente a mano e quindi non andrebbero considerate perdite. Si pensi che le
raccoglitrici di cotone oggi in commercio possono far registrare produttività di lavoro
pari a 70 -100 volte quelle realizzabili manualmente da un uomo adulto e con perdite
accettate, variabili dal 3 al 7 %.

Per i citati motivi si è quindi seguita una filosofia progettuale orientata a ottenere
che:
• tutti gli organi meccanici potessero essere costruiti con l'impiego di macchine
utensili tradizionali e convenzionali nelle loro tipologie, come quelle che
normalmente si utilizzano nelle officine dei paesi arretrati in termini di innovazione
tecnologica;
• i materiali impiegati per la realizzazione delle diverse componenti fossero di
larghissima diffusione e non richiedessero tecniche di lavorazione particolari o
specialistiche;
• tutte le componenti e gli organi meccanici fossero realizzati con elementi di gran
serie, facilmente reperibili e largamente diffusi, col minimo numero possibile di
operazioni e di rifiniture senza, tuttavia, pregiudicarne il corretto funzionamento;
• risultasse possibile la riparazione in situ con corredi portatili di eventuali rotture.
Tutto ciò, naturalmente, dovrebbe poter essere realizzabile con manodopera non
necessariamente specializzata.
3. PROTOTIPI DI MECCANISMI DI RACCOLTA REALIZZATI
Con risorse economiche (inizialmente si è ottenuto un piccolo contributo dalla
Fondazione Studi Cotonieri annessa all'Istituto Agronomico per l'Oltremare di Firenze)
e tecniche modeste - quindi in armonia con la filosofia del progetto - abbiamo affrontato
la realizzazione della macchina ponendo la massima attenzione allo studio degli
elementi preposti all'intercettazione e distacco dei bioccoli dalla pianta. Ciò poiché
questi componenti costituiscono, nelle macchine esistenti in commercio, gli elementi
tecnicamente più sofisticati ed economicamente più onerosi e dalla soluzione e
valutazione della loro validità tecnica dipende la buona riuscita dell'intero progetto.
A oggi, sono stati realizzati tre diversi prototipi di dispositivi di raccolta, sottoposti
a preliminari prove di campo in tre annate successive, su parcelle sperimentali messe a
disposizione dall'Istituto di Agronomia dell'Università di Bari e dall'ENEA presso
campi sperimentali di Metaponto e Foggia.
3.1 TELAIO PORTANTE SEMOVENTE
Partendo dai presupposti indicati in premessa, il telaio della macchina e la sua
motorizzazione sono stati allestiti in modo da rispondere a requisiti di semplificazione.
La struttura (foto 1) è un arco scavallatore monoasse e monofila, costruito con semplici
profilati di ferro e dotato di stegole per la guida, sul quale sono solidamente collocati gli
organi di distacco e separazione dei bioccoli, nonché i carter di protezione aventi anche
la funzione di convogliare e avvicinare la pianta agli elementi operanti (la macchina è
monofila). In fase progettuale, il movimento degli organi di lavoro e il dislocamento del
mezzo sono dati da due diversi motori per verificare potenze e regimi di rotazione
necessari alle due funzioni e in differenti condizioni operative. I motori del prototipo
sono di derivazione Piaggio (rispettivamente da 50 e 125 cc) e sono stati scelti sia per
l’ampia disponibilità sul mercato dell'usato, sia per l'affidabilità che - vista la
particolarità dei luoghi ove potrebbe essere destinato ad operare - è data,
essenzialmente, dal raffreddamento forzato del cilindro, operante anche a basse velocità

di avanzamento. In versione definitiva, comunque, si avrà un unico motore; a questo
proposito, la scelta riguarderà un motore a due o a quattro tempi, tenendo presente che
la mancanza di valvole e punterie costituisce una semplificazione in termini sia di
taratura sia di maggiore affidabilità di funzionamento, e ciò in armonia ancora con la
filosofia dell'intero progetto. Inoltre, in funzione dei mezzi aziendali di possesso, il
telaio portante motorizzato potrà essere sostituito da un motocoltivatore di serie. Non
ultima, si terrà conto dell’opportunità di funzionamento con traino animale mediante la
predisposizione di opportuni attacchi e riduzioni.
Il trasferimento del moto è effettuato mediante ingranaggi a catena (foto 2).
fotografia 1 – Telaio portante
fotografia 2 – Trasmissione
3.2. ORGANI RACCOGLITORI
In questa fase, i maggiori sforzi sono stati indirizzati alla definizione del
dispositivo di raccolta, di cui, sino ad ora, sono stati realizzati tre prototipi. Di seguito,
se ne illustreranno le principali caratteristiche costruttive e di lavoro (attitudine al
distacco del bioccolo e sua facilità di rilascio da parte degli organi della macchina,
danni provocati alla pianta).
Il criterio costruttivo del primo prototipo riprende il sistema, già ampiamente
collaudato, utilizzato per la raccoglitrice portata dal trattore, citata in precedenza. Nel

prototipo, l’unità di raccolta (distacco del bioccolo dalla pianta e sua separazione dagli
organi di lavoro) (fig.1) è costituita da: una coppia di rulli controrotanti, sulla cui
superficie laterale sono state saldate, con andamento elicoidale, due bande metalliche
laminate munite di denti seghettati sui due lati (lame di sega), leggermente ricurvi; una
coppia di tamburi - posti sullo stesso piano e esternamente ai cilindri, controrotanti
rispetto ad essi - che portano una serie di spazzole in gomma morbida. Movendosi lungo
la traiettoria data dalla rotazione dei cilindri e dall’avanzamento della macchina, i denti
delle bande metalliche incontrano i bioccoli e, arpionandoli, ne operano il distacco dalla
pianta. La serie di spazzole montate sui tamburi, interagendo durante la loro rotazione
con i bioccoli agganciati, liberano i denti dal prodotto, pulendo gli organi di distacco e
preparandoli per il lavoro successivo. L’adattamento alle nuove esigenze
(semplificazione della meccanica e minore peso dell’insieme) ha portato a ridurre gli
elementi componenti l’unità di lavoro1
; ciò ha determinato una diminuzione
dell’efficacia di lavoro della nuova soluzione rispetto alla precedente e il trasferimento
semplificato del meccanismo di raccolta al prototipo non ha dato i risultati sperati. In
particolare, durante le prove di campo, è stato possibile verificare che: la riduzione delle
strutture portanti gli organi di distacco, soluzione che ha consentito di alleggerire la
struttura e rendere meno complicato il cambio, ha però reso necessario avvicinare
eccessivamente gli elementi di raccolta, provocando la chiusura dell’arbusto e
l’impossibilità a raggiungere i bioccoli interni, danneggiando, nello stesso tempo, rami,
foglie e capsule ancora chiuse; l’aggancio dei bioccoli con i denti di sega è troppo
energico, tanto da non consentire il loro distacco e provocare l’ingolfamento dell’intero
meccanismo.
fig.1 Dispositivo di raccolta a tamburi portanti con organi di distacco (uncini) montati
su nastro spiralato.
I limiti riscontrati hanno portato alla realizzazione di un secondo sistema, meno
rigido, con un migliore adattamento degli organi di lavoro alla geometria della pianta.
1
Nella raccoglitrice portata dal trattore, ogni unità di distacco è costituita da quattro tamburi, una coppia
anteriore ed una posteriore, ognuno dei quali supporta 13 barre verticali su ognuna delle quali è avvolta
una banda metallica laminata munita di denti seghettati su entrambe i lati.

fig.2 Dispositivo di raccolta a dischi con organi di distacco (uncini) posti alla periferia
e pulizia a carico di strutture di selezione.
Vista questa serie di inconvenienti si è pensato a una nuova soluzione basata su
nastri dentati elastici realizzati disponendoli a pacchetto sull'asse di un cilindro ideale.
La distanza assiale fra un elemento e quello adiacente è ancora oggetto di prove
sperimentali ed è attualmente stata fissata in 40 mm circa realizzati alternativamente fra
elementi omologhi posti a destra e a sinistra del piano di simmetria. Ogni pacco
captatore reca 10 nastri, cosicché risulta esplorata una zona ci circa 80 cm in altezza
delle piante. Il moto rotatorio ai nastri captatori è trasmesso da un sistema di tre razze
elastiche che, deformandosi sotto la pressione degli organi più rigidi della pianta,
consentono ai nastri stessi, già per loro natura deformabili, di arretrare senza
danneggiare la pianta stessa.
Il sistema ha mostrato di:
- sapersi adattare alla forma della pianta;
- ridurre i danni meccanici arrecati alla pianta.
Per contro:
- si sono avuti segni di cedimento per affaticamento dei nastri e delle razze elastiche;
- il volume esplorato della pianta risulta ancora limitato alla parte esterna della stessa.
Verificati questi inconvenienti, si è messo a punto una variazione del sistema
sostituendo i nastri elastici con dischi dentati rigidi, anch'essi montai a pacco come
indicato nella descrizione del sistema precedente, del quale conserva le razze elastiche e
la distanza fra i dischi che, tuttavia, deve essere ancora definita sperimentalmente. I
dischi, sotto la pressione della pianta possono rientrare in altrettante feritoie ricavate
nella carenatura del convogliatore e le forze elastiche generate dal mutuo contatto
pianta-dischi, sono tali da non arrecare danni alle piante.
Per contro gli stessi restano indifferenti alle minori spinte dovute al contatto con i
bioccoli, permettendone l'aggancio. Il montaggio eccentrico dei dischi rispetto alla
carenatura permette lo sganciamento dei bioccoli e, quindi, - ma anche questo è tuttora
oggetto di ricerca - il sistema di separazione del bioccolo captato può divenire meno
oneroso e verosimilmente ridursi ad un semplice sistema di pulizia dei dischi.
Il sistema ha mostrato di:
- sapersi adattare alla forma della pianta;
- ridurre i danni meccanici arrecati alla pianta;
- migliorare la penetrazione dell'esplorazione della chioma della pianta.
Per contro:

- si sono avuti segni di cedimento delle razze elastiche dovute a sistemi di montaggio
non idonei ma che riteniamo risolti;
- il volume di chioma della pianta esplorato è ancora quello esterno, anche se ciò
risulta meno accentuato di quanto si verificava col sistema a cilindri rigidi.
L'ultima versione studiata e provata è costituita da elementi captatori a nastro
dentato e razze elastiche. Essa è stata realizzata disponendo un pacchetto di nastri
dentati montati sull'asse di un cilindro ideale. La distanza assiale fra un disco e quello
adiacente è tuttora oggetto di sperimentazione ed è attualmente stata fissata
4. CONCLUSIONI
Sulla base delle prove sinora effettuate pensiamo di aver individuato tra quelli da
noi realizzati, il più efficiente sistema di captazione semplificato e che, quindi, appare
meritevole di essere, dopo ulteriori verifiche di campo, ingegnerizzato. Ciò, unitamente
ai componenti separatori, costituisce certamente il cuore della futura macchina per il
completamento della quale dovrà essere ristudiato il telaio portante e la relativa
motorizzazione. Ciò, ovviamente, comporterà tempi non brevi, vista la citata limitatezza
di risorse economiche disponibili per il progetto e i tempi biologici per le prove di
campo.
Bibliografia
M. Rafiq Chaudhry, (1997) – Harvesting and ginning of cotton in the World.
International Cotton Advisory Committee, Washington D.C..
Bahl V.P et al. (1988) – Cotton Cultivation in India. Agriculture Mechanisation in Asia,
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Natalicchio E. et al. (1993). Prototipo de maquina montade sopre un tractor para la
cosecha del algodon – Maquinaas y Tractores Agricolas, n.9.
FAO (1993), FAO production Year Book.
Lopez G.,Fuentes L. (1988) – Mecanizacion del Cultivo del Algodon – El Campo.

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