本发明属于岩石碰撞试验领域，尤其涉及一种岩石碰撞试验装置。
背景技术：
岩石碰撞冲击试验是研究岩石动力学行为的基本方法之一。目前研究岩石动力特性的试验装置以霍普金斯压杆和落重冲击装置为主，但该类装置均为两端(或两点)同时加载，不能实现岩块单点冲击试验。目前国内外关于岩石试样的加速碰撞装置的研究较少，且技术并不成熟，尤其是对岩石试样的速度控制精度较差，能实现的速度范围较小。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供了一种碰撞速度可调的岩石碰撞试验装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种岩石碰撞试验装置，其特征在于，包括机架100、无杆气缸200、储气罐300、真空吸持组件、上进排气组件500、下进排气组件600、空压机700、碰撞组件800、第一光电传感器3、高速摄像机1、控制器2，其特征在于，
所述无杆气缸200竖直固定设置在所述机架100上，其上下端的侧壁分别有上进排气口210和下进排气口220；
所述储气罐300上设有罐进气管340和罐送气管，所述罐送气管设置有第一支管310、第二支管320和第三支管330；
所述真空吸持组件包括真空吸盘410和真空发生器420，所述真空吸盘410固定设置在所述无杆气缸200的活塞滑块230上并管道连接至所述真空发生器420的真空口，所述真空发生器420的进气口通过第一管道311与所述第一支管310连接，第一管道311上设置有真空阀312，真空阀312为电磁阀；
所述上进排气组件500包括上主管道510，上主管道510设在所述上进排气口210，上主管道510上设有上进气管520和上排气管530，所述上进气管520与第二支管320通过第二管道321连接，所述上进气管520上设有上进气阀521，上排气管530上设有上排气阀531；
所述下进排气组件600包括下主管道610，下主管道610设在所述下进排气口220，下主管道610上设有下进气管620和下一排气管630，所述下进气管620与所述第三支管330通过第三管道331连接，下进气管620上设有下进气阀621，下一排气管630上设有下一排气阀631；
所述空压机700通过罐充气管710连接所述罐进气管340，罐充气管710上设有罐充气阀711；
所述碰撞组件800设置在所述无杆气缸200的正下方，其包括碰撞板810；
第一光电传感器3从侧面对准所述活塞滑块230的运行轨道；
所述高速摄像机1设置在碰撞组件800一侧；
所述控制器2分别与所述真空阀312、空压机700、第一光电传感器3和高速摄像机1线路连接。
进一步，所述上进气管520上还设有上进气减压阀522、上进气节流阀523和上进气单向阀524，下进气管620上还设有下进气减压阀622、下进气节流阀623和下进气单向阀624，下一排气管630上还设有下一减压阀632、下一节流阀633。
再进一步，所述下一减压阀632为四分减压阀，下一节流阀633为四分节流阀。
再再进一步，其特征在于，
所述下主管道610上还设有下二排气管640，所述下二排气管640设有下二排气阀641、下二减压阀642、下二节流阀643，所述下二减压阀642为一寸减压阀，下二节流阀643为一寸节流阀；
所述无杆气缸200的顶部开设有速进气口240，所述储气罐300上设有罐速送气口350，所述罐速送气口350通过加速管351管道连接所述速进气口240，所述加速管351上设置有加速管阀352。
再再再进一步，所述上进气阀521、上排气阀531、下进气阀621、下一排气阀631、下二排气阀641、罐充气阀711、加速管阀352均为电磁阀，且分别与所述控制器2线路连接。
进一步，还包括回弹保护组件900，所述回弹保护组件900包括推拉式电磁铁910和第二光电传感器920，所述推拉式电磁铁910固定设置且其推拉杆上固定设置有推挡板911，所述推挡板911在所述碰撞组件800的斜上方，所述第二光电传感器920对准所述碰撞组件800的正上方、所述推挡板911的斜下方；推拉式电磁铁910和第二光电传感器920均分别与所述控制器2线路连接。
再进一步，所述回弹保护组件900还包括固定安装的三维移动装置，所述推拉式电磁铁910固定设置在所述三维移动装置上。
再再进一步，所述三维移动装置与所述控制器2线路连接。
再再进一步，所述三维移动装置包括分别沿左右、前后、上下方向的x丝杆931、y丝杆932、z丝杆933，及第一连接块934和第二连接块935，所述x丝杆931、y丝杆932和z丝杆933上均螺纹连接有夹持螺母936，所述第一连接块934上设有上下方向和前后方向的通孔并分别穿过所述z丝杆933和y丝杆932后由夹持螺母936夹持住第一连接块934，第二连接块935上设有左右方向和上下方向的通孔并分别穿过所述x丝杆931和z丝杆933后由夹持螺母936夹持住第二连接块935，所述推拉式电磁铁910设置在所述x丝杆931或y丝杆932或z丝杆933上。
进一步，所述无杆气缸200的活塞滑块230上设有止停横杆231，机架100上、所述无杆气缸200的上下端位置设置有与所述止停横杆231配合的缓冲器110。
进一步，所述碰撞组件800还包括叠合的上框架820和下框架830，所述上框架820和下框架830在一侧边活页连接，所述碰撞板810固定设置在所述上框架820上，上框架820和下框架830之间设置有角度调节结构。
再进一步，所述角度调节结构包括固定设置在上框架820上的限位板821和一端铰接在下框架830上的调节丝杆840，所述限位板821上设有条形滑孔822，调节丝杆840上螺纹连接有两个固定螺母841，所述调节丝杆840恰穿过所述条形滑孔822并由两个固定螺母841夹持住限位板821而固定好。
本发明可取得的技术效果有：
1.采用空压机，利用无杆气缸对岩体进行加速，在无杆气缸顶端开设速进气口，从而实现无杆气缸上端快速进气，同时在下主管道上设置下一排气管和下二排气管，实现无杆气缸下端快速排气，进排气相互配合，使装置适用于高速和低速的碰撞试验，同时利用减压阀、节流阀实现速度的可调。
2.采用回弹保护装置，在岩体碰撞碰撞板反弹再撞击推挡板，岩体被推挡板推开，防止再次下落撞击碰撞板，从而严格控制碰撞次数，实现单次和多次重复碰撞试验。
3.角度可调的碰撞板，可实现岩体碰撞角度的调节，实现了任意角度的碰撞试验。
4.利用电气控制结构实现高精度的控制。
5.利用真空吸持组件可以吸持各种大小的球体以及圆柱体冲击块，从而实现单点和双点碰撞试验。
附图说明
图1是一种岩石碰撞试验装置的整体示意图；
图2是图1的简明示意图；
图3是无杆气缸的示意图；
图4是储气罐的示意图；
图5是上进排气组件的示意图；
图6是下进排气组件的示意图；
图7是碰撞组件的示意图；
图8是回弹保护组件的示意图。
附图标记：1-高速摄像机；2-控制器；3-第一光电传感器；100-机架；110-缓冲器；200-无杆气缸；210-上进排气口；220-下进排气口；240-速进气口；230-活塞滑块；231-止停横杆；300-储气罐；310-第一支管；311-第一管道；312-真空阀；320-第二支管；321-第二管道；330-第三支管；331-第三管道；340-罐进气管；350-罐速送气口；351-加速管；352-加速管阀；353-加速管单向阀；410-真空吸盘；420-真空发生器；500上进排气组件；510-上主管道；520-上进气管；521-上进气阀；522-上进气减压阀；523-上进气节流阀；524-上进气单向阀；530-上排气管；531-上排气阀；600-下进排气组件；610-下主管道；620-下进气管；621-下进气阀；622-下进气减压阀；623-下进气节流阀；624-下进气单向阀；630-下一排气管；631-下一排气阀；632-下一减压阀；633-下一节流阀；640-下二排气管；641-下二排气阀；642-下二减压阀；643-下二节流阀；700-空压机；710-罐充气管；711-罐充气阀；800碰撞组件；810-碰撞板；820-上框架；821-限位板；822-条形滑孔；830-下框架；840-调节螺杆；841-螺母；900-回弹保护组件；910-推拉式电磁铁；911-推挡板；920-第二光电传感器；931-x杆；932-y杆；933-z杆；934-第一连接块；935-第二连接块；936-夹持螺母。
具体实施方式
如图1至图8所示，其中为将主要结构表示清楚，去除图1中的支撑结构部分得到了图2。一种岩石碰撞试验装置，其特征在于，包括机架100、无杆气缸200、储气罐300、真空吸持组件、上进排气组件500、下进排气组件600、空压机700、碰撞组件800、第一光电传感器3、高速摄像机1、控制器2，其特征在于，
所述无杆气缸200竖直固定设置在所述机架100上，其上下端的侧壁分别有上进排气口210和下进排气口220；
所述储气罐300上设有罐进气管340和罐送气管，所述罐送气管设置有第一支管310、第二支管320和第三支管330；
所述真空吸持组件包括真空吸盘410和真空发生器420，所述真空吸盘410固定设置在所述无杆气缸200的活塞滑块230上并管道连接至所述真空发生器420的真空口，所述真空发生器420的进气口通过第一管道311与所述第一支管310连接，第一管道311上设置有真空阀312，真空阀312为电磁阀；
所述上进排气组件500包括上主管道510，上主管道510设在所述上进排气口210，上主管道510上设有上进气管520和上排气管530，所述上进气管520与第二支管320通过第二管道321连接，所述上进气管520上设有上进气阀521，上排气管530上设有上排气阀531；
所述下进排气组件600包括下主管道610，下主管道610设在所述下进排气口220，下主管道610上设有下进气管620和下一排气管630，所述下进气管620与所述第三支管330通过第三管道331连接，下进气管620上设有下进气阀621，下一排气管630上设有下一排气阀631；
所述空压机700通过罐充气管710连接所述罐进气管340，罐充气管710上设有罐充气阀711；
所述碰撞组件800设置在所述无杆气缸200的正下方，其包括碰撞板810；
第一光电传感器3从侧面对准所述活塞滑块230的运行轨道；
所述高速摄像机1设置在碰撞组件800一侧；
所述控制器2分别与所述真空阀312、空压机700、第一光电传感器3和高速摄像机1线路连接。
下面说明使用上述装置的进行岩石碰撞试验的方法。
初始时刻：保持所有阀门均处于闭合状态。
工作准备阶段：开启空压机700，打开罐充气阀711，打开下进气阀621和上排气阀531，无杆气缸200的下进排气口220和储气罐300连通、上进排气口210和大气连通，压缩空气经储气罐300、下进排气组件600进入无杆气缸200，在气压作用下活塞滑块230运动至无杆气缸200的上端，关闭下进气阀621和上排气阀531；打开真空阀312，压缩空气经第一管道311进入真空发生器420，真空发生器420开始工作，将典型岩石球体试样a放在真空吸盘410内，试样a被真空吸盘410吸持住。
工作阶段：打开上进气阀521和下一排气阀631，无杆气缸200的上进排气口210和储气罐300连通、下进排气口220和大气连通，压缩空气经储气罐300、上进排气组件500进入无杆气缸200，在气压作用下活塞滑块230带着试样a向下运动，当第一光电传感器3监测到试样a时，控制器2控制真空阀312关闭，真空发生器420停止工作，真空吸盘410的吸持力消失从而释放试样a；试样a撞击碰撞板810，高速摄像机1记录碰撞发生前后的瞬间。
所述上进气管520上还设有上进气减压阀522、上进气节流阀523和上进气单向阀524，下进气管620上还设有下进气减压阀622、下进气节流阀623和下进气单向阀624，下一排气管630上还设有下一减压阀632、下一节流阀633。
设置减压阀和节流阀可以调节气流速度，从而调节活塞滑块230的运动速度，达到调节岩石碰撞速度的目的。
所述下一减压阀632为四分减压阀，下一节流阀633为四分节流阀。所述下主管道610上还设有下二排气管640，所述下二排气管640设有下二排气阀641、下二减压阀642、下二节流阀643，所述下二减压阀642为一寸减压阀，下二节流阀643为一寸节流阀；所述无杆气缸200的顶部开设有速进气口240，所述储气罐300上设有罐速送气口350，所述罐速送气口350通过加速管351管道连接所述速进气口240，所述加速管351上设置有加速管阀352。
无杆气缸200的顶部开设有速进气口240，并管道连接至储气罐300；同时，下主管道610上设下一排气管630和下二排气管640，两排气管具有四分和一寸不同的规格，以实现精度调节。一方面通过速进气口240获得了实现活塞滑块230高速运动的能力，从而提高碰撞速度；另一方面，设置下一排气管630和下二排气管640，加大排气速度，适应高速下，下进排气口220快速排气的要求，另外，通过设置不同规格的减压阀、节流阀，提高控制精度。
加速管351上设置加速管阀352、加速管单向阀353控制气流。
所述上进气阀521、上排气阀531、下进气阀621、下一排气阀631、下二排气阀641、罐充气阀711、加速管阀352均为电磁阀，且分别与所述控制器2线路连接。
各阀门均为电磁阀，方便用控制器2控制。
如图2和图8所示，岩石碰撞试验装置还包括回弹保护组件900，所述回弹保护组件900包括推拉式电磁铁910和第二光电传感器920，所述推拉式电磁铁910固定设置且其推拉杆上固定设置有推挡板911，所述推挡板911在所述碰撞组件800的斜上方，所述第二光电传感器920对准所述碰撞组件800的正上方、所述推挡板911的斜下方；推拉式电磁铁910和第二光电传感器920均分别与所述控制器2线路连接。所述回弹保护组件900还包括固定安装的三维移动装置，所述推拉式电磁铁910固定设置在所述三维移动装置上。推挡板911倾斜设置。
回弹保护组件900的作用在于：当试样a被释放，下落过程中，经过推挡板911后被第二光电传感器920监测到，此时控制器2接通推拉式电磁铁910，推挡板911被推出至碰撞板810的正上方，试样a撞击碰撞板810后向上回弹，撞击倾斜设置的推挡板911，被推挡板911弹走，不会再次回落到碰撞板810上。三维移动装置便于试验中调节推挡板911的位置。
三维移动装置与所述控制器2线路连接。三维移动装置可用控制器2来调节。
图8中示意了一种回弹保护组件，所述三维移动装置包括分别沿左右、前后、上下方向的x丝杆931、y丝杆932、z丝杆933，及第一连接块934和第二连接块935，所述x丝杆931、y丝杆932和z丝杆933上均螺纹连接有夹持螺母936，所述第一连接块934上设有上下方向和前后方向的通孔并分别穿过所述z丝杆933和y丝杆932后由夹持螺母936夹持住第一连接块934，第二连接块935上设有左右方向和上下方向的通孔并分别穿过所述x丝杆931和z丝杆933后由夹持螺母936夹持住第二连接块935，所述推拉式电磁铁910设置在所述x丝杆931或y丝杆932或z丝杆933上。
实施时，x丝杆931、y丝杆932和z丝杆933三者之一固定设置，推拉式电磁铁910选择其余两个丝杆中的一个固定设置。本实施例中，将y丝杆932固定在机架上，将推拉式电磁铁910固定设置在x丝杆931上。
通过转动夹持螺母936，驱使x丝杆931、y丝杆932、z丝杆933在第一连接块934及第二连接块935的通孔中轴向运动，从而实现推挡板911的三维运动。
如图2所示，所述无杆气缸200的活塞滑块230上设有止停横杆231，机架100上、所述无杆气缸200的上下端位置设置有与所述止停横杆231配合的缓冲器110。
在活塞滑块230上升或下降时，当到达无杆气缸200上端或下端，需要停止时，止停横杆231撞击到缓冲器110，活塞滑块230减速停止，止停横杆231和缓冲器110在活塞滑块230停止时起到缓冲作用，防止部件损坏。
缓冲器110可以为液压缓冲器或弹簧缓冲器。
如图7所示，碰撞组件800还包括叠合的上框架820和下框架830，所述上框架820和下框架830在一侧边活页连接，所述碰撞板810固定设置在所述上框架820上，上框架820和下框架830之间设置有角度调节结构。所述角度调节结构包括固定设置在上框架820上的限位板821和一端铰接在下框架830上的调节丝杆840，所述限位板821上设有条形滑孔822，调节丝杆840上螺纹连接有两个固定螺母841，所述调节丝杆840恰穿过所述条形滑孔822并由两个固定螺母841夹持住限位板821而固定好。
通过活页可以调节上框架820和下框架830之间的夹角，从而调节碰撞板810的倾斜角度，实现试验装置的多角度碰撞功能。角度调节结构，一方面调节上框架820与下框架830间的夹角，另一方面将上框架820与下框架830相对固定，防止角度变化。调节角度时，翻转上框架820，调节丝杆840的铰接端转动同时调节丝杆840在条形滑孔822中滑动，调节到预定角度时，用固定螺母841将调节丝杆840与限位板821相对固定。
本发明另外存在多种工作过程，以实现高低速的精确控制。当要求较低速度时，采用上进气管和下一排气管；当要求中等速度时，可以采用无杆气缸的顶部速进气口和下一排气管，或者上进气管和下二排气管；要求较高当速度时，采用无杆气缸的顶部速进气口和下二排气管。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。